分蓄洪区内河渠边界模拟方法

针对目前分蓄洪区内河渠边界模拟精度不高的问题,提出采用斜对角笛卡尔方法来处理分蓄洪区内沿网格斜对角方向布置的河渠边界问题,扩展了笛卡尔坐标系下平面二维水流数学模型功能,同时又改善了笛卡尔坐标方法锯齿边界拟合精度差的缺点.通过概化模型的计算,证明了该模型在理论上和方法上都是可行的,较好地解决了以往分蓄洪区河渠边界沿网格线布置精度不高的问题,使河渠边界流场更加合理.该方法可用于模拟分蓄洪区内含堤防和河渠对洪水演进的影响,为防洪调度提供参考.     

曲线坐标系下平面二维水流水质模型的修正

采用边界处正交的曲线网格生成技术处理水流不规则的计算区域边界,基于有关弯道水流流速分布的研究成果,计入弯道环流引起的横向的动量交换,建立了曲线坐标系修正的平面二维水流水质数学模型.采用修正后的模型对实际弯道水流和污染物的扩散输移进行了数值模拟,并与原模型的计算结果及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复杂水流的水力特性和水质分布.     

高桩承台桥受船撞击过程中水流作用分析

概述了在对高桩承台桥结构受船撞击数值仿真分析过程中考虑水流压力作用效应的必要性,阐述了基于波浪理论并考虑附加水质量计算水流力的简化流固耦合分析方法,同时简要介绍通用桥规及经典水力学理论中关于水流力的计算方法.基于动态非线性有限元技术分别建立无水流作用情况及采用上述三种水流力计算方法的有限元模型,分析比较验证了基于波浪理论并考虑附加水质量计算水流力的简化流固耦合方法的合理性及计算精确性.结果表明,对比通用桥规中计算静水压力及经典水力学计算绕流阻力的方法,按简化流固耦合方法计算的桥墩各部位响应更大,运用该方法对于桥墩防撞设计或结构安全评估将偏于保守和安全.     

复杂流场的二维数值模拟方法

提出了基于二维数学模型对溢洪道下游三维复杂运动流场进行模拟计算的一种新方法.通过对泄洪建筑物下游河道复杂流场水流运动及河床冲刷状况的分析,研究了自由面流消能区水流扩散方式、流动特征及相关水力要素的概化确定.根据主流下回流区和表层水股之间质量交换很小的特点,提出了把底部回流区域作为河道无实际过流部分,即修正河流下边界条件,对溢洪道挑坎下游复杂流场进行二维数值模拟的方法.利用上述方法对某工程实例进行了数值模拟计算,计算结果与实际流场状况比较一致,较为真实地反映了自由面流区的流动.     

WENO格式与虚拟单元浸入边界法在笛卡尔网格中的应用

高精度有限差分WENO格式在结构网格上处理具有复杂几何外形绕流问题时较困难,而虚拟单元浸入边界法却是一种较新颖且对网格的要求较低的方法,适用于复杂几何外形边界的处理.为此,在笛卡尔网格上采用WENO格式以求解Euler守恒律方程,试图将两者有效结合起来,希望能在笛卡尔网格上处理具有复杂几何外形的物体绕流问题.最后,几个经典数值算例的结果验证了该方法的有效性.     

基于电路地图的移动机器人三维路径规划方法

通过建立多网笼三维立体电路地图的方式,将复杂的三维空间路径规划问题转化成为相对简单的电路求解问题,用不同的电阻阻值表征三维空间中障碍物、威胁源、气流或水流等对水下机器人或飞行机器人的不同运动影响程度,形成一种能够真实反映物理空间中实际情况的环境建模方式,使得路径规划的结果具有综合决策的效果.经仿真结果证明该方法节省系统计算时间,是一高效易行的路径规划方法.     

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.     

面向立体显示的点采样栅格优化策略及其性能分析

针对一般笛卡尔采样数据量大的局限性,提出了基于体心立方(body center cubic, BCC)栅格的点采样方法,给出了采样矩阵的定义,分析了BCC格型的空间排布优势,设计了基于体心立方的优化采样策略,包括栅格的划分、物理空间和采样空间的坐标映射,采样密度和采样矩阵计算.将该方法与一般笛卡尔栅格进行了性能分析和比较.实验结果表明,BCC栅格采样比一般笛卡尔栅格减少30％的体数据量,加快了立体数据的预处理速度,并在立体显示中取得了较好的视觉效果.     

荆江-洞庭湖洪水演进模型

长江中游是由水库、湖泊、蓄滞洪区组成的复杂防洪工程体系,针对荆江-洞庭湖复杂河网系统规模庞大、水流复杂的特点,建立了一、二维联算洪水演进模型,其中河道与湖区采用一维河网模型,分蓄洪区水流采用二维模型模拟.模型提出了实时预报模式、河网断流计算模式、河道与分蓄洪区水量交换模式.将模型用于荆江特大洪水调度,较好地反映了洪水在荆江-洞庭湖河网区的演进过程,模型可用于实际防洪调度方案评估.     

U形渠道直壁式量水槽水力特性数值模拟

为了优化U形渠道直型式量水槽水力计算,由U形渠道直壁式量水槽模型试验得出的水力特性基础上,对量水槽的部分工况进行数值模拟,得出了水位与流量的关线曲线.试验结果表明,自由水面线的计算与实测值符合较好,流速分布规律揭示的水流特性与实际状况相符,所选模型能够准确模拟量水槽的三维水流特性,该数值模拟方法可靠,为量水槽的优化设计提供了思路.     

含井字形河渠的分蓄洪区洪水演进数值模拟

针对分蓄洪区内存在井字形河渠的特殊地形情况,考虑水流在河渠内外区域里运动特点的不同,在现有的分蓄洪区平面二维水流数学模型的基础上,对模型进行扩展,建立了适合模拟含有井字形河渠的分蓄洪区洪水演进的新平面二维水流数学模型.运用模型对概化地形区域进行计算,计算结果表明,井字形河渠内水流流速较快,河渠内水流充满后越过堤防进入相邻区域,水流运动比较符合规律,证明了该模型在理论上和方法上都是可行的.该方法可用于模拟分蓄洪区内含有井字形河渠对洪水演进的影响,为防洪调度提供参考.     

公路建设对分洪区内洪水演进影响的数值模拟

在分洪区内建设高速公路前,采用数学模型分析工程对区内洪水的影响是一项必不可少的工作. 采用有限体积法建立了平面二维水流数学模型,模型采用交错网格,对于干河床问题采用了“冻结法”思想. 经计算检验,模型满足水量守恒要求. 最后以规划中的杭兰高速公路为例,计算分析了公路对分蓄洪民垸内进洪流量过程、分洪历时、水位及流速的影响.     

基于最大熵原理的施工导流随机模糊风险分析

土石不过水围堰漫顶失事具有随机性和模糊性,严重影响水电工程及下游的安全,对其风险进行研究有重要意义。基于模糊事件概率理论,构建了施工导流系统随机模糊风险分析数学模型。探讨利用实测洪水序列推求堰前年最高水位序列的计算方法。然后,提出引入最大熵原理和变分法推导堰前最高水位的概率分布。最后,以某航电枢纽工程为例,结果表明,所建模型是有效的,最大熵分布与水位样本拟合良好,不仅能够得到围堰挡水风险的解析表达,而且合理的评估了围堰漫顶失事风险,为施工导流标准的制定和导流系统的安全评估提供了更多有价值的信息。     

沙颖河漯河以西防洪系统优化调度研究

对由混联水库群和多分蓄洪区组成的复杂防洪系统，建立了大规模线性规划模型（ＬＰ模型）．针对该流域的洪水特性出现的正常行洪与扒口分洪的复杂洪水演进情况，提出了判断扒口分洪界点及其相应的分阶段解算的处理方法，从而形成了适用于这一复杂情况的广义化模型．引用先进的解算技术，对典型洪水的模拟计算，取得了较为满意的成果．     

北江下游洪水调度的数值模拟

建立了北江下游一、二维耦合洪水演进数学模型.其中一维模型用于北江下游河道的计算,二维模型用于分洪区的计算,并在1999年实测地形的基础上,根据西江、北江各频率洪水沿程各测站水位资料,对一维模型的糙率系数进行了率定验证,利用率定验证后的模型对洪水在北江下游的演进过程进行了计算,取得了较好的计算结果.最后系统分析了飞来峡水利枢纽、芦苞分洪河道及潖江、大塘围、大旺围、清东围、清西围分蓄洪区在北江下游洪水调度过程中的运用效果.     

坪北油田湿陷性黄土防洪治水技术探讨

坪北油田地处沟壑纵横的黄土高原地区。该地区的地形地貌及工程地质条件十分复杂,夏季集中降雨引发的沟蚀、滑坡、崩塌等水害问题已严重威胁到生产的运行,使生活设施受损失。湿陷性黄土性质和特殊的地理条件及暴雨集中等是造成水毁损害严重的主要原因,根据不同的地形、地貌可采用围埂堵水、分散排洪、管沟引水、毛石挡土墙护坡、削坡卸载、筑坝淤土、沥青防渗等措施进行防洪治水。     

基于GIS空间信息单元格的区域洪灾损失快速评估模型

区域洪灾损失评估不仅可以科学指导区域的防洪规划,还可以为区域土地利用规划和区域开发规划提供参考。在分析鄱阳湖区洪水灾害自然因素与社会经济发展因素关系基础上,利用社会经济空间展布方法,基于地理信息系统(GIS)技术设计了一套洪水灾害损失快速评估的技术方法,并把这套方法实际应用到鄱阳湖区洪水灾害损失评估中。以1998年特大洪水为例,运用此模型进行预测,评估值与实际值接近,评估精度较高。     

梯级水电站建设施工导流风险分析

上游电站同步建设改变了待建电站施工洪水的时序分布,使得现行导流风险测度方法不再适用。为此本文基于风险分析理论,考虑导流系统面临的水文不确定性,构建系统风险分析模型。考虑上游电站断面洪水与区间洪水的相关性,采用Copula函数构造两分区洪水的联合分布,通过Monte Carlo方法模拟各分区洪水。在此基础上,耦合溃堰洪水模拟、河道洪水演进、洪水地区组成等环节,计算待建电站的施工洪水,进而求解系统风险率。通过工程实例验证了模型的可行性,并对其他风险要素进行参数敏感性分析,同时探讨了待建电站导流风险对上游电站同步建设的响应趋势,可为梯级电站同步建设条件下施工导流标准的优选提供依据。