余姚市河网平枯水期水质模拟研究

MIKE11是一款功能强大的水流水质的计算软件，利用该软件对余姚市河网的平枯水期水质进行了模拟。对余姚市的河网概况、河网水动力基本方程和水质方程、河网水动力水质模型的建模、模型率定及验证作了介绍。验证结果表明，计算值和实测值吻合良好，相关指标的验证精度较高。     

湖泊-河网耦合水动力水质模型研究

根据太湖地区水系复杂、湖泊众多、河道水流方向复杂多变且受到人为干扰的特征,基于一维河网水质模型,二维湖泊水质模型,采用有限控制体积法获得离散的水动力学和水质模型控制方程,通过河网与湖泊连接断面上河流的流量、水位、水质与湖泊的流速、水位和水质耦合求解,解决了河网湖泊水质模型的耦合,并将闸站控制对河流湖泊水动力水质影响过程进行了时间空间的线性化处理,以边界条件方式将闸站控制带入模型代数方程中进行统一求解,建立了适合于太湖流域的湖泊河网耦合水动力水质模型.采用太湖典型流域河网区2007年实测水文水质资料对耦合模型进行率定和验证.结果表明,模型计算值与实测资料吻合较好.该模型适用于复杂湖泊-河网区的水动力和水质变化的模拟和研究.     

基于汉口分类处理的平原河网水质模拟方法

在目前常用的平原河网水质模拟三级解法中,对所有汉口出口断面浓度均采用均匀混合假设,然而汉口处不同的水动力条件和来流水质使得均匀混合假设未必适用于所有的汉口.为修正传统方法中的这一理论不足,该文提出对不同类型的汉口进行分类,并基于不同的处理建立平原河网水质模型.较之传统的三级解法,该方法直接求解断面浓度,无需求解汉口处的浓度,可有效简化求解过程并提高精度.将模型应用于江苏昆山某河网,求解非恒定流条件下各断面的COD浓度.结果表明:在未采用均匀混合假设的汉口,出流断面浓度与传统模型的结果差异明显;该模型计算结果与实测值吻合较好,可应用于平原河网水质模拟.     

基于汊口分类处理的平原河网水质模拟方法

在目前常用的平原河网水质模拟三级解法中,对所有汊口出口断面浓度均采用均匀混合假设,然而汊口处不同的水动力条件和来流水质使得均匀混合假设未必适用于所有的汊口。为修正传统方法中的这一理论不足,该文提出对不同类型的汊口进行分类,并基于不同的处理建立平原河网水质模型。较之传统的三级解法,该方法直接求解断面浓度,无需求解汊口处的浓度,可有效简化求解过程并提高精度。将模型应用于江苏昆山某河网,求解非恒定流条件下各断面的COD浓度。结果表明:在未采用均匀混合假设的汊口,出流断面浓度与传统模型的结果差异明显;该模型计算结果与实测值吻合较好,可应用于平原河网水质模拟。     

黄河河口平原多闸坝河道水流数学模型

针对黄河下游河口平原区河流的特点,在充分考虑多闸坝及潮汐作用的影响下,采用MIKE11软件构建多闸坝河道水动力模型,同时利用实测资料进行参数率定及模型检验。结果表明:广利河河网下游水位变化趋势受上游来水流量的变化趋势影响较大,水流状况受人工调控明显;大部分典型断面的模拟结果较好,所确定的参数基本可以反映河道及流域特征。模型可以为下一步进行水量水质耦合模拟及河网库群与闸坝调度方案研究提供较为准确的水动力条件。     

三角联解法水力水质模型的糙率反演及面污染源计算

采用三级联解法建立河网的水量水质模型.在水量模型中，对糙率的率定作了改进.提出在全河网将糙率分级，减少了参数数量，并用复合形法反演参数.对水质模型中生活面源的确定提出了更切实际的经验公式。     

感潮河段盐水入侵的水质模型

盐潮入侵严重影响内河水质。盐度的纵向分布受制于上游径流和海洋潮汐，其水动力学特性非常复杂。数值求解不恒定盐度入侵，主要困难在于对流占优时对纯对流算子的恰当处理，否则将会产生严重的数值耗散和伪振荡等非物理效应。考虑到强混合型河口潮汐的特点，本文采用同步不同格式对盐潮入侵问题的流场及浓度场进行了数值计算。采用欧拉—拉格朗日混合解法（ELM），将对流—扩散方程中的扩散项和对流项分裂求解，应用高精度时间序列插值的特征差分隐格式求解对流项，扩散项采用传统的有限差分法。在汊口处，将描述河网汊口水质变化的三维对流扩散方程在汊口控制体积积分，变量间的插值分布采用Panankar提出的幂函数，得到新的汊口离散方程。计算与实测结果比较表明，本文提出的方法有效可行。     

地表河网-地下水流系统耦合模拟Ⅰ：模型

本文通过采用联立求解地表河流一维明渠非恒定渐变流与地下水拟三维非稳定流运动方程的技术路线，提出了地表河网与地下水流耦合模拟算法。该算法中地表河网流动分别由质量和动量守恒定律而建立的连续性方程和运动方程所组成；地下水流采用多层“拟三维”非稳定流模型，通过彼此间的水力联系，建立了地表河网-地下水流耦合模拟评价模型，该模型可用于地表水与地下水转化关系较为密切地区的水资源综合评价预测中。     

混合智能算法在引水冲污方案优选中的应用

考虑水质、经济和生态环境影响等因素,建立佛山水道的引水规划优化模型。利用河网水环境数学模型模拟多组引水冲污方案的水质,将输入输出数据作为样本用于人工训练神经网络;将训练好的网络嵌入遗传算法,形成混合智能算法,求解引水规划优化模型。结果表明,混合智能算法能够自动求出不同引水流量下的最优方案,精度较高,无需人工试算,运算速度快,不必对遗传算法与河网模型进行接口处理,具有普遍适用性,为求解耦合复杂模拟模型的优化问题提供了一种理想的工具。     

望虞河一维水量水质模拟模型研究及应用

本文利用IWRS分别建立望虞河河网水量和水质模型，并实现了水量和水质的同步模拟。模型自动从系统数据库中读取数据，经数据处理、科学运算后，利用IWRS的核心程序RS2000计算出系统内水体的流态，水质模拟计算在此基础上同步进行。模拟结果表明，河网水量模型的计算结果与实测数据吻合较好；河网水质模型也能较好反映河网内的污染物浓度，为“引江济太”实时调度提供了依据。     

抛物线形断面渠道收缩水深的解析解

通过对抛物线形断面收缩水深的基本方程进行恒等变形 , 得到的无量纲收缩水深是一个典型的一元四次方程式。根据一元四次方程式的解得到抛物线形断面的收缩水深的解析解表达式,为求解抛物线形断面的收缩水深提供了一种新的解法。该解析公式形式简洁、结果准确、适用范围广,克服了目前查图、查表及试算迭代法的缺点。     

NUMERICAL SOLUTION FOR TIDAL FLOW IN OPENING CHANNEL USING COMBINED MACCORMACK-FINITE ANALYSIS METHOD

A new numerical scheme for solving the tidal flow in an opening channel using the advective-diffusion shallow-water equations as the governing equations is proposed based on the combination of the MacCormack and the finite analysis methods. In the present scheme, the finite analysis method is used to discretize the momentum equation and the MacCormack technique is used to discretize the continuity equation in a single grid system. The matrix of the discretized momentum equation is characterized by predominantly main diagonal elements, which ensures favorable convergence and stability for the numerical simulation by the combined method. To verify the present method, hydraulics simulation is carried out for a section down mainstream of the Huangpu River. The computational results agree with the measured data. By use of orthogonal curvilinear coordinate system, the methods can be easily extended to the numerical simulation of the tidal flow in a tortuous channel.     

Parameter estimation in channel network flow simulation

Simulations of water flow in channel networks require estimated values of roughness for all the individual channel segments that make up a network. When the number of individual channel segments is large, the parameter calibration workload is substantial and a high level of uncertainty in estimated roughness cannot be avoided. In this study, all the individual channel segments are graded according to the factors determining the value of roughness. It is assumed that channel segments with the same grade have the same value of roughness. Based on observed hydrological data, an optimal model for roughness estimation is built. The procedure of solving the optimal problem using the optimal model is described. In a test of its efficacy, this estimation method was applied successfully in the simulation of tidal water flow in a large complicated channel network in the lower reach of the Yangtze River in China.     

时间尺度对平原感潮河网水动力水质模拟精度的影响

为探究不同时间尺度边界入流条件对平原感潮河网水动力水质模型模拟精度的影响,以典型平原感潮河网地区的张家港市中部为研究区域,结合野外同步监测数据、自动高频监测数据、常规监测资料等构建了水动力水质模型进行模拟分析。结果表明:时间尺度、开始取值时刻以及调度情况均会影响模拟精度;研究区域边界入流条件、水动力模拟结果和水质模拟结果可信的最大时间尺度为1 h,水质模拟精度优于水动力模拟精度。     

一、二维耦合数学模型在感潮河网洪水风险图编制中的应用

为了解决感潮河网径流、潮汐交汇,动力复杂,溃决洪水难以用经验公式准确概化的问题,建立直接以溃口为耦合断面的河网一维、保护区二维侧向耦合模型,将感潮河网与保护区一体化,避免环境因素及经验参数的不确定性带来的溃口流量估算误差。典型算例和中顺大围溃决洪水情景模拟表明：洪水自溃口集中喷射出后分散流向围内,流态受围内下垫面影响显著,溃口水位、流量随外江潮位涨落而起伏变化,由溃口流量过程线计算所得溃口水量与根据淹没区各单元的面积和水深计算的围内总水量一致。模拟成果直接反映下垫面、水头差、潮位涨落,及溃口流态对溃决洪水的综合影响,反映出本耦合模型计算溃口流量及对溃决洪水模拟的合理性、可信性,具有较好的应用前景。     

二维浅水域潮流数值模拟的ADI－QUICK格式

本文采用ＡＤＩ－ＱＵＩＣＫ有限差分格式，用单一正交网格系进行空间离散，对二维浅水流动方程和污染物对流－扩散问题进行数值模拟。方法具有高阶精度，不呈现数值振荡，不带有可感受的数值衰减，计算过程稳定，计算方法简便等优点。本文以大连湾海域为实例，计算了Ｍ２－分潮流动规律。基于ＡＤＩ－ＱＵＩＣＫ格式编制的ＦＯＲＴＲＡＮ程序对其它的浅水海域和河口的流动问题具有普遍的适应性。     

一维洪水数值模拟技术在流域防洪规划中的应用

南美洲厄瓜多尔境内的Guayas河流域中下游社会经济发达,但洪水问题突出,是该国流域综合规划的防洪重点地区。通过综合规划论证,拟兴建由堤防、水库、蓄滞洪区、分洪道和挡潮闸组成的防洪工程体系。基于MIKE11软件平台构建了Guayas河流域中下游河网洪水一维数值模型,对平原感潮河网的洪水演进规律和规划的防洪工程体系联合运用进行了模拟计算。在模拟中,通过合理概化河网、优化河道断面布置,以及采用堰闸过流公式代替圣维南方程作为堰闸工程所在断面的水流运动方程,有效避免数值振荡问题。在模拟结果的基础上拟定了洪水安排方案和防洪工程规模。     

黄骅电厂冷却水取水河段潮流的数值模拟方法

针对黄骅电厂冷却水取水河段的特点，采用一维非恒定流方程和二维正交曲线坐标下的浅水方程，对电厂取水河段潮流进行数值模拟。结果表明，对该取水河段利用两套数学模型联合运行的方法，是行之有效的。     

梯形明渠共轭水深计算方法

一方面,通过对共轭水深方程进行数学变换,并根据共轭水深的水流特点,得到计算其水深的迭代公式;另一方面,通过求解一元二、三次方程得到共轭水深的初值近似计算式,并以此为初值,用迭代公式进行一次迭代得到梯形明渠共轭水深的直接计算公式。计算数据表明,该法不依赖图表,计算便捷且精度很高,可供工程实际参考应用。     

渠网非恒定流图论原理

基于明渠非恒定流普里斯曼的隐式差分方法,采用矩阵线性变换建立了渠道进出口流量与水深的线性方程。提出了新的渠网非恒定流图论原理,包括适应渠网非恒定流特征的节支关联矩阵A的构建方法及性质分析,基于A的节点连续性矩阵方程和节点水深矩阵方程等。应用矩阵分析方法,推导出渠网非恒定流的节点分析法数学模型,最后给出应用实例。