河流冰期流量改正系数的理论分析

根据北方河流的不同冰情形势,通过对冰期流量改正系数的各项因素的分析,提出了冰期流量改正系数相应的计算方法.     

河床与水体热交换的数值计算

在任意一个完整的热力模型中，河床与水体的热交换是一个很重要的热力因素，特别是对于封冻河道，以及水深较浅且温度昼夜变化较大的河道．本文提出了数值求解非稳态导热微分方程的数值模型，并与量测资料进行比较，结果表明数值模型能准确地模拟水体与河床的热交换．     

简化改正系数法推求冰期流量方法的探讨

根据冰期改正系数过程线绘制的原则，对冰期实测资料进行分析，简化曲线绘制的冰期改正系数过程线用直线连接，以达到微机程序计算的目的。     

ET0计算中ngstrm-Prescott系数的取值

利用乌鲁木齐、银川等全国103个气象台站点55 a的气象资料,研究了ngstrm-Prescott系数在不同时间尺度的取值方法及其误差对参考作物蒸发蒸腾量计算结果的影响,并与国际粮农组织推荐值估算的结果进行了对比。结果表明:可以用当地拟合ngstrm-Prescott系数的全年均值来计算参考作物蒸发蒸腾量;利用国际粮农组织推荐值估算的选取站点的太阳辐射和参考作物蒸发蒸腾量的全年最大相对误差分别为11%和13%,推荐值估算的太阳辐射和参考作物蒸发蒸腾量的误差与ngstrm-Prescott系数的误差不成比例。     

冰情模型中不确定参数的影响特性分析

数学模型中参数的不确定性直接影响到模拟结果的不确定性。以南水北调中线工程冬季输水为例,根据实测和设计资料,采用自主开发的大型长距离调水工程冬季输水冰情数值模拟平台,重点分析了冰情数学模型中单一参数（冰期冰盖糙率、大气与冰盖的热交换系数）的不确定性对冰期冰盖形成、发展、消融和水位、流量等要素的影响,并计算给出了一般规律。研究表明,初始冰盖糙率的不确定性对典型年冰期水力学要素的变化过程影响较大,主要反映在沿程各计算断面的水位、流量波动以及结冰期冰盖前缘动态发展模式上,而对冰情范围及与冰相关的变量变化过程无影响。大气与冰盖的热交换系数的不确定性直接影响到最大冰盖厚度的模拟结果,而对冰盖的发展规律影响不大。建议及早准备开展中线工程冰期输水原型观测工作,对上述不确定参数进行率定。     

对流项离散方案和湍流封闭模型对高雷诺数方柱绕流拖曳系数计算的影响

使用不同的对流项离散方案和二阶湍流封闭模型对于高雷诺数下(106)方柱绕流的拖曳系数进行了计算,对于数值计算结果通过相互比较和经典的实验室结果进行了比较来分析不同离散方案和湍流封闭模型对于计算结果的影响,同时对于形状阻力和摩擦阻力对于拖曳系数分别的贡献进行了分析比较。本文的计算结果可以作为高雷诺数下类似问题的数值计算中对流项离散方案和湍流封闭模型的选择提供一个参考。     

多孔介质与流体空间交界面应力跳跃的实验研究

采用粒子图像测速技术测试多孔介质与流体复合腔体内的二维自然对流流场,用水平错列的细玻璃圆柱表示多孔介质,着重分析了多孔介质与流体空间交界面处的速度及剪切应力变化,并通过实验确定了特定跳跃边界条件下的应力跳跃系数.实验测试结果表明,应力跳跃系数随对流强度的增加而产生非线性变化,不同高度处的跳跃系数值在0.1-0.3范围内变化.通过回归分析得到了测试范围内应力跳跃系数与瑞利数的表达式,为数学建模和分析提供了计算依据.     

改进的新安江模型在贵州印江河流域的适用性及对比分析

将变动态存储系数法引入新安江模型河道洪水演算,从而对新安江模型进行改进,基于贵州印江河流域印江水文站2000-2010年水文资料,分析了改进新安江模型在研究流域的适用性并和传统新安江模型模拟结果进行对比分析,基于改进新安江模型,定量分析不同计算时段和不同蒸发输入对水文模拟的影响。研究结果表明:改进的新安江模型适合于研究流域的水文模拟,相比于传统新安江模型,改进新安江模型在相对误差和确定性系数两个指标中都有所提高,其中相对误差均值减少1.08%,确定性系数均值提高0.0182;计算时段越短,次洪模拟精度越高;相比于实测蒸发皿,双源蒸散发作为蒸发输入模拟的年径流深相对误差平均减少0.75%,确定性系数平均提高0.0139。研究成果可以为印江河流域的水文模拟提供参考价值。     

SPAC系统中水热CO_2通量与光合作用的综合模型(Ⅱ):模型验证

本文利用禹城综合试验站土壤 -植物 -大气连续体系统综合观测场冬小麦田间实测资料 ,对“SPAC系统中水热、CO2 通量与光合作用的综合模型 (Ⅰ )模型建立”一文所建立的模拟土壤水分动态、蒸发蒸腾和冠层CO2 通量等功能进行了验证 .利用波文比观测水汽通量结果、土壤水分剖面监测结果分别对模拟计算腾发量和土壤水分剖面的验证结果表明 ,模拟计算的腾发量和土壤水分剖面是比较准确的 ;将模拟的光合作用过程中的CO2通量与实测值对比表明 ,模拟值与实测值的变化趋势是一致的 ,但是数量上存在一定的差异 .模拟光合作用过程和强度符合一般规律 .总体说明 ,所建立的系统模型在上述功能的模拟上是可行的     

SPAC系统中的水热CO2通量与光合作用的综合模型 (Ⅰ)模型建立

本文建立了模拟农田SPAC(Soil-Plant-AtmosphereContinuum)系统中土壤水分动态，蒸发蒸腾、CO     

渡槽水体的热交换及水温和含冰率的时空变化

渡槽是一种高架空中的输水建筑物,冰期易于形成产冰场,可能导致下游发生冰塞灾害。考虑渡槽外壁与大气的热交换,包括太阳辐射、外壁和大气的长波辐射、地表的长波辐射和反射及对流等因素,提出了渡槽外壁温度及水体与渡槽热交换的计算模型。建立了冰期渡槽水温时空变化的一维数学模型,采用特征线方法得出水温随时间和离开渡槽进口距离的增加呈指数规律变化的重要结论。在此基础上,导出了渡槽含冰率与负水温成正比的理论公式。算例表明,如果忽视水体与渡槽的热交换,则可能导致计算冰情远远偏离实际情况的结果。     

太阳辐射和地温对冰盖下水温的影响

太阳辐射可以透射穿过雪盖和冰盖与地温一起影响冰下水温的变化,加剧冰盖底部的融解和冲蚀,使得冰盖更易于崩溃开河。基于现有理论和原型观测研究成果,建立了描述太阳辐射在雪盖、冰盖和水体中的透射和吸收规律的数学模型;利用观测数据回归分析的方法,提出了太阳辐射可见光在水体中消光系数的参数化模型;然后研究了冰下水温的变化与太阳辐射和地温的函数关系。研究证实,冰下水温随太阳净辐射和地温的增加而升高,随雪厚和冰厚的增加而下降,并且与水体与冰盖的热交换系数成反比。此外,太阳辐射的透射可能使得开河期冰盖糙率不是减小,而是增大。     

湖冰侧、底部融化现场观测与热力学分析

为深入了解湖冰在弱水动力条件下消融的热力学过程,在融冰期对乌梁素海湖开敞水域处冰层开展侧、底部消融的原位测量,并观测了太阳辐射、气/冰/水/泥温和风等气象及水文要素。观测结果表明冰层侧壁随深度增加逐渐向内侧倾斜融化,冰层厚度逐渐减薄;开敞水域处水温和冰温均呈分层变化,上层水温和冰温日变化幅度较大。通过分析冰层侧、底部融化速率与气象及水文要素之间的变化关系,建立了用净太阳辐照度和水温来表达融化速率的参数化模型。冰底热通量是一项重要的热力学参数,基于冰底薄层的能量平衡,利用观测数据确定了开敞水域处冰层的平均冰底热通量,为11.47~135.61W·m~(-2),表明冰下水体不断向冰层传递热量。     

雪覆盖下冰盖的热力增厚和消融

雪覆盖下冰盖的热力增厚和消融是急需研究的问题,对于冬季降雪频繁地区开河预报、冰凌洪水风险分析具有重要的实用价值。基于雪盖和冰盖的热力条件是准稳态假设,建立了冰盖热力增厚和消融速率与雪厚、冰厚、大气传递给雪面的净热通量和水体传递给冰底面净热通量的函数关系,包括：太阳辐射、反射和透射,雪面和大气的长波辐射,雪面蒸发-对流,河床地温等因素。提出了雪面温度和冰盖垂向温度分布的理论公式及冰盖热力增厚和消融发展过程的数值计算模型。最后,以黑龙江漠河段实测的冰情为例,验证了所提冰盖热力增厚和消融数学模型的实用性,并分析了一些重要参数随时间的变化特点。     

考虑冰盖生消和冰-结构-冻土协同作用的渠道弹性地基梁模型

冰-冻破坏是寒区冬季输水渠道结构破坏的主要原因,而目前尚缺乏准确的分析方法和评价准则。本文从冰盖生消过程中结冰初期、流冰期和封冻期3个阶段衬砌结构冰冻破坏机理出发,考虑在冰-结构-冻土协同作用下,基于弹性地基梁Winkler理论推导了衬砌结构的挠曲线微分方程,分别建立了3个阶段衬砌结构的冰冻破坏力学模型,并结合相应荷载组合和边界条件对模型求解获得了衬砌结构的挠度、内力和应力的解析表达。应用该模型对南水北调京石段某输水渠道进行冰冻破坏分析计算,结果表明:结冰初期、流冰期和封冻期3个阶段衬砌结构的法向冻胀位移最大值分别为10.62、13.89和5.05 cm,对应3个阶段衬砌结构的截面最大拉应力分别为3.63、 4.11和2.05 MPa,且破坏位置均在冻结区坡板的中下部,与现场监测渠道冰冻破坏分布规律吻合。据此,建议寒区冬季输水渠道控制运用中应尽量缩短结冰初期、流冰期时间,延长第3阶段稳定封冻期时间,同时应合理控制地下水位和冰盖厚度。研究结果可为寒区冬季输水渠道抗冰冻设计提供理论依据和分析方法。     

铸件充型过程流动与传热耦合模拟

对铸件充型过程流动与传热藕合模拟技术进行了研究，建立了综合考虑辐射、对传导等多种传热行为的有限差分法计算公式，并在Visual C 6．0平台上，自主开发了可集成于CASTSoft/CAE Ver5.0流场计算模块CASTFlow。新算法的应用提高了软件的计算效率，增加了代码的重用性。以法兰铸件为例，CAST-Flow与MAGMASoft的模拟结果基本一致，说明所提出的计算方法是可取的。