不同水动力情况下青山湖水环境治理方案研究

根据南昌市青山湖浅水湖泊紊流扰动特性,建立相应的沿水深方向平均的二维平面水流-水质模型.模型在有限体积法框架下应用Osher黎曼近似解进行平面二维水流-水质模拟,理想资料检验表明,模型性能优良.模拟不同调水方案对青山湖水质的改善状况,为城市浅水湖泊水流-水质模拟提供可操作的新途径.     

采用修正的二维浅水模型模拟连续弯道流场

计入深度平均流速与真实流流速分布的差值所引起的扩散效应,建立了正交曲线坐标系下的平面二维浅水模型.紊动应力项采用以标准k-ε模型为基础的曲率效应修正紊流模型模拟,在一定程度上计及流线弯曲水流紊动应力各向异性.采用控制体积法、交错网格和SIMPLEC算法离散求解水流方程.采用修正后的模型对连续弯道水流进行了数值模拟,并与实测资料进行了比较,结果表明该模型能够有效地模拟流线弯曲的水流水力特性.     

基于有限差分法的瀑布动画模拟

把数值方法和计算机图形学相结合,利用有限差分方法求解描述水流现象的物理模型浅水波方程,通过扰动的方法控制水流动画形成,进而实现了对水流现象的动画模拟.瀑布模拟试验结果表明,瀑布的运动不需要人工干预,由算法自动生成.同时能模拟物体与外界之间的相互作用.     

基于GMS的银川市地下水数值模拟

以银川市9个水源地水文地质等资料为依据,建立了研究区的地下水数值模型;采用GMS软件,以22个长观孔资料对模型进行识别和校验;最后运用所建立的模型对研究区地下水流场特征进行了模拟,并对各水源地单井开采量增加500 m3/d条件下的地下水流场和水资源状况进行了预测.     

间断洪水波高精度数值模拟与应用

基于守恒型浅水二维方程,采用三单元模板的加权本质无震荡(WENO)格式插值界面两侧守恒变量,并采用Roe方法计算界面处数值通量,建立了平面二维溃坝水流数学模型.为使模型总体精度不致因为时间离散而降低,源项采用三阶Runge-Kutta方法进行处理,时间步进采用自适应步长法.验证结果表明数学模型计算结果与精确解基本一致,间断处数值解无明显震荡,具有高分辨率和高精度.数学模型应用于坝体溃决后水流在干河床上运动、河道部分堤防溃决后水流同时在河道以及洪泛区的演进过程以及天然复杂地形条件下实际工程溃堤方案的比选等预测计算.     

考虑扩散应力项的弯道平面二维水流数学模型

借鉴弯道水流流速沿垂向分布的研究成果,在二维浅水方程的基础上计入沿垂线方向变化的流速与沿水深平均流速之差引起的扩散应力项,在正交曲线坐标系下建立了平面二维水流数学模型.对Rozovskii 180°弯道的计算表明,本模型计算结果比不考虑扩散应力项的模型更如实地反映了弯道水流特性,对扩散应力项的分析表明其在二维弯道水流模拟中发挥很大的作用.     

溃坝洪水演进数值模拟研究

采用基于MacCormack预测——校正技术的隐式数值格式求解控制水流运动的二维浅水方程,建立了模拟大坝瞬间全溃或局部溃倒所致的洪水演进过程的数学模型。应用该模型对单宽一维瞬间溃坝的水位、流速进行了数值计算,并与理论解进行了比较;最后用该模型预测了矩形河道中大坝瞬间局部溃倒时的洪水演进过程,并对模拟结果进行了定性分析。算例说明该数学模型对模拟溃坝洪水波很有效。     

立面二维水流数学模型

采用修正Ｋ—ε模型封闭Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程作为紊流控制方程,引入通度概念处理曲面不规则边界,用ＶＯＦ法追踪自由表面,对闸孔出流和溢流坝过坝水流及水跃等一类复杂流速场进行数值模拟。计算结果表明,所建数学模型能够较好地模拟此类水流现象。     

嵌套模型在航道整治工程中的应用

采用2-D浅水方程建立了嵌套模型。以乌江郭母子滩航道整治工程为例,模型研究了整治河段的水动力学特点以及对上、下游水流条件的影响。结果表明:该方法解决了整治河段近区难以直接获取边界条件的困难,能获得足够的计算精度,还能为工程提供全面的水动力信息,是预测和评估工程的有力工具。     

基于WENO格式的二维水流水质数值模拟

应用高精度WENO(Weighted Essentially Non-oscillatory Schemes)格式结合有限体积法建立了二维水流水质的数学模型.在求解过程中,将单元体上的面积分化为单元边界上的线积分,将二维问题化为一维问题.采用FDS(Flux Difference Splitting)格式求解跨单元边界的法向通量.采用此模型对连续弯道水流和污染物的扩散输移进行了数值模拟,得到了流场及岸边污染物排放的浓度场,并与物理试验结果进行了比较,表明这类格式精度高,稳定性能好.该模型可为工程领域中的水流水质问题的处理提供依据,具有较大的实用价值.     

浅水垫消力池水力特性试验

为解决常规消力池临底流速大,流态不稳等问题,以云南省楚雄州青山嘴水库工程为例,通过水工模型试验,提出浅水垫消力池的体型;揭示了浅水垫消力池的水流流态、流速分布、水面线形态和压力分布等水力特性,并与常规消力池与下挖式消力池进行了对比。结果表明浅水垫消力池有利于降低消力池临底流速,浅水垫的存在改变了消力池内的水流流态,改善了池内水力学特性,消能效果显著。     

滇池水体富营养化水质预测模型的研究

本研究实质上是浅水型高原湖泊的水动力生态水质模拟模型、模型模拟了湖泊的水位、水温、悬浮物、可溶解磷、颗粒磷、总磷、浮游植物和透明度等参数的日平均值、模型得到了充分验证,模拟精度良好。最终对滇池1988年度的富营养程度进行了判别.     

孤岛油田馆陶组湖相沉积认识及应用

济阳拗陷新近系馆陶组普遍发育河流相的观念由来已久,研究中重点通过连续取芯井的岩芯观察,以及综合利用录井、测井、古生物及相关分析化验资料,运用沉积学理论,丰富和发展了原有孤岛油田馆陶组仅仅普遍发育河流相的沉积观点,认为馆陶组下段不仅发育砾质辫状河沉积,还发育辫状河三角洲-充填型浅水湖泊沉积体系;馆陶组上段初期发育辫状河、曲流河等河流相沉积,中晚期发育浅水三角洲-氧化型浅水湖泊以及浅水振荡湖泊沉积体系.湖相沉积模式在与油田生产密切相关的小层对比和油气勘探中的应用广泛.     

复杂边界水流高分辨率数值模拟

将基于流向量分裂技术的两步有限体积分量方向TVD格式应用于求解浅水方程的控制方程,建立了高分辨率的计算模型.实际算例表明,该模型能较好地计算浅水流动问题,为浅水流动数值模拟提供了精度高、稳定性好的数值计算模型.     

佳木斯市城区地下水动态数值模拟研究

通过对佳木斯市城区地下水系统建立数值模型及对数值模型的识别和验证,证明数值模型能够较好地体现佳木斯市城区地下水系统的动态变化规律。通过此数值模型可以对在给定条件下的佳木斯市城区地下水流场进行预测,从而为当地水行政主管部门进行水资源管理提供便利的方法和科学的数据。     

山区河道溃坝水流数值模拟

为了研究溃坝水流在山区河道中的传播,采用SPH方法来求解2维浅水方程,建立了溃坝水流数值模型.SPH方法由于是拉格朗日法,在处理对流主导的问题具有很好的稳定性与精度,且是无网格方法,无需划分网格和判定干湿网格,很好地解决了山区河道溃坝水流流速急,水位变幅大,动边界变化频繁,计算区域难确定等问题.采用该模型模拟了山区河道的溃坝水流,初步再现了溃坝水流的流动过程,分析表明模拟结果是合理的,因而采用SPH方法对溃坝水流进行模拟是可行的.     

导流墙半径对氧化沟流场影响的三维数值分析

导流墙是影响氧化沟内流场的一个重要因素.采用标准k-ε模型和多参考系(MRF)模型,对导流墙不同半径时氧化沟内流速场进行三维数值模拟.结果表明:导流墙半径为0.5m时,氧化沟内流速最大,曝气机对水流的推动力最大,沟底发生污泥沉积的可能性最小.     

FEFLOW在地下水数值模拟中的应用

在综合考虑研究区复杂地质及水文地质条件的基础上,利用FEFLOW建立了研究区地下水系统数值模拟模型,经过模拟调试所获得的水文地质参数基本符合水文地质勘查结果,计算所得的地下水流场基本反映了研究区的地下水水位的实际分布情况,表明所建模型具有较好的仿真效果和较高的可信度.     

浅水湖泊富营养化机理及控制方法探讨

水体富营养化是目前世界各国所面临的重大环境问题之一.科学地预测湖泊中蓝藻水华的暴发,并采取相应的控制措施以减少其危害具有重要的生态和环境意义.简要介绍了目前国内外对大型浅水湖泊蓝藻水华成因的研究现状,评述了对水华形成机理的一些共识,分析了我国大型浅水湖泊引发蓝藻水华的主要环境因素,提出了具有针对性的湖泊蓝藻水华暴发控制措施.     

挺水植被布局对矩形浅池水体流态的影响研究

研究浅池水体流态水力学特性有助于优化景观池塘、湖泊和湿地等设计,提高水体连通性,改善流态。挺水植被与景观水体结合不仅能提高景观美学性,而且存在改善水体连通性的作用。本文采用二维浅水数值模拟,探索了植被覆盖变化下的水流沿中轴线槽道进入和推出矩形浅池的水体流态特性,并进行了基于水力特性的定量分析。研究发现植被具有均化浅池水体流速和稳定流动的作用,非对称流态转变为对称流态;当植被密度≥5m_-1^{时,两侧分离回流区完全消失,水体连通性}最佳,形成平推流。基于场景模拟结果发现紧邻入口植被局部覆盖能达到浅池植被全覆盖的改善流态的效果,进一步分析表明浅池流态与中轴线流速与流速梯度分布相关。表征水体流通性的流通水体占比与表征水流调整的无量纲平均流速梯度存在显著的对数相关,提出的预测模型可用于矩形浅池类景观的水力设计。