具有堰的环状河网中追赶系数的新求贩

以圣维南方程组为基础,建立了具有堰的环状河网非恒定流数学模型.采用Preissman四点隐格式法对圣维南方程组进行离散,并考虑了堰的影响,利用河网的三级解法编制河网非恒定流的计算程序求解各断面的水位Z和流量Q.对于堰出流的模拟,根据堰的上下游条件,给出了环状河网中有内部边界堰存在时追赶系数的一种新的推求方法,提出了适用于环状河网中自由出流和淹没出流的算法.实例研究表明,该模型是可靠的,可以用于河网水流治理工程的数值模拟研究,并且提供了一种处理明渠分流的工具,对实际工程有一定的指导意义.     

河网非恒定流四级解法

一、前言 河网非恒定流水力计算,是生产实际中经常要进行的工作。河网非恒定流计算问题,归结为一维圣·维南方程组的求解问题。在选择差分格式将圣·维南方程组关于时间和空间进行差分离散然后用计算机求方程组的离散解时,由于隐格式具有稳定性好,收敛快从而节省计算机用时等优点,往往为人们所优先考虑。但是在用隐格式解算河网非恒定流时,每进行一次迭代都需求解一个高阶的代数方程组,其阶数为河网中选取的     

河网非恒定数值计算及有关问题探讨

介绍河网洪水演算的非恒定流方法，阐述道完全圣维南方程组离散格式的建立，且针对河网特点给出相应的求解方法。结合非恒定流数值计算模型研制过程中的体会，对所建模型在实际应用时可能遇到的问题作了初步分析。     

面向对象方法在河网非恒定流计算中的应用

运用节点一河道模型将河网划分为性质单一的子河道,子河道之间依靠节点来联系。并依据子河道的圣维南方程组和节点的补充方程。提出了整个河网非恒定流的计算方法。采用面向对象的程序设计语言。基于类的数据封装特性,分析了河网非恒定流计算程序中河道类、断面类、矩阵类以及节点类的实现方法。     

基于PINNs的圣维南方程组数据同化方法

为提高河道水位流量数据同化的智能化水平,基于物理信息神经网络(PINNs)提出了圣维南方程组的数据同化方法。采用双输出网络结构解决双输出方程组的同化问题,以模拟的实测数据作为边界条件和初始条件,通过消融试验验证网络中加入时空映射缩放和平衡权重系数对同化模型的有效性,以及所提出同化方法在部分测值缺失情况下的鲁棒性。结果表明,一维非恒定流圣维南方程组的数据同化结果与Preissmann四点隐式差分法结果一致,且随着同化断面数量的增加,所获得的同化精度也稳步提升;基于PINNs的圣维南方程组数据同化方法有效,对非恒定流模拟具有较强的适应性。     

西江干流(大藤峡至高要段)洪水演进数值模拟

针对西江干流河道特点,考虑洪水归槽的影响,建立了河道一维非恒定流洪水演进数学模型,采用Preissmann四点偏心隐式差分格式离散圣维南方程组,应用追赶法求解非恒定流圣维南方程组。根据实测资料对西江干流(大藤峡至高要段)洪水演进过程进行验证,结果表明:模型能较好的模拟流量变化过程,模拟值与实测值符合较好,验证了该模型是合理可行的。可用于洪水预报、枯季调水等研究。     

水库动库容调洪计算方法研究

基于非恒定流理论的圣维南方程组的求解是河道型水库动库容调洪计算的常用方法，该法能较好地反映河槽水流的非恒定流状态。但在一些实际的水库动库容量计算中，圣维南方程组的一些假定对计算结果将产生不可忽视的影响，对圣维南方程组的求解方法进行了改进，通过分析采用修正区间流量的方法来解决在求解圣维南方程组时出现的蓄水量不平衡问题，逐时段对库区的水量不平衡进行修正，该法较以往的算法计算精度更高，并已应用于某大型水库的动库容调洪计算。     

一维圣维南方程组在非恒定流计算中的应用

天然情况下，河道水流在某河段内可能是恒定流，亦可能是非恒定流。一般地，山区性河流多视为恒定流，但在河道干支流的汇合口、河道与湖泊的交汇处、以及潮汐河段等处的水流常常为非恒定流。对于非恒定流， 用常规的水文学方法难以分析计算出河道水流的各个水文特征值，圣维南方程组则是解决此类问题的途径之一。运用圣维南方程组建立一维数学模型，应用芙蓉江江口水文站、长江徐六烃水文站实测水文资料进行分析验算，对解决非恒定流方面的一些实际的水文问题进行初步分析和探讨。     

相应涨差实时洪水预报模型

一、相应涨差模型的建立 河道洪水演算方法众多,但基本上都是基于对圣维南(Saint-Venant)方程组的简化和近似。1891年圣维南导出的描述洪水波运动规律的方程组是一阶拟线性双曲型微分方程组,即非恒定流的连续方程和动力方程:     

环状河网堰闸过流追赶系数计算方法研究

环状河网地区常建有堰闸等人工控制性水工建筑物,其水位–流量关系为非线性,该文采用泰勒法和替代法两种方法,在对堰闸过流能力公式进行线性化处理的基础上,通过修正堰闸河道追赶系数完成河道水流模拟,并对两种方法开展分析比较。实例研究表明:两种处理方法均可以很好地模拟环状河网中堰闸过流情况,可用于河网地区控制性工程的数值模拟。综合考虑处理公式的复杂程度以及模拟结果的精度,替代法的处理方式更简便,计算公式更简洁,程序化更容易,在河网模型中可优先采用。     

水动力模型在平原感潮河网地区的研究与应用

根据平原感潮河网的水力特性，研究复杂河网非恒定流计算问题，利用圣维南方程组、节点连续方程及边界条件建立了水动力数学混合模型。将模型应用于宁波市鄞东南水系的河网计算，并利用2005年“麦莎”台风实测水文资料对模型做了检验。验证结果表明，建立的水动力数学模型是可行的，可以用于平原感潮河网地区的水力计算。     

渠道非恒定流计算在小水电站设计中的应用

叙述了水电站运行中非恒定流产生的原因，通过分析引水渠道非恒定流流态变化情况，说明圣维南方程组几种求解方法的优缺点。根据实际工程对计算方法进行简化，并举例说明其在小水电站设计中的应用。图2幅。     

一维河网非恒定流数值计算研究及其应用

一维河网非恒定流数值计算是水利和航运部门一项重要的工作,在河道工程设计、防洪工程规划等方面均有重要的实际应用价值。目前提出的方程解法有基于双向扫描法的河网水模拟方法、稳定方程组稀疏矩阵解法以及河网模型三级联合解法等,在上述各种方法中三级联合解法最为流行和成熟。将此计算方法用于城市河网的数值计算,对城市的防洪建设以及闸、堰的调度具有积极的指导作用。     

基于非恒定流模型的山洪沟水面线计算

本文将具有良好激波捕捉能力的Godunov格式离散圣维南方程组建立的一维非恒定流模型用于山洪沟水面线的分析计算。首先通过混合流算例验证了该模型具有良好的模拟间断水面和流态过渡的能力,随后将该非恒定流模型用于刘家舍窠山洪沟、梁家岔山洪沟和红花坪山洪沟的水面线计算。分析认为计算结果合理,模型较好地模拟了陡坡和断面变化剧烈情况下出现的急流和流态过渡等问题。该模型在山洪沟水面线的分析计算领域具有良好的工程应用前景。     

非恒定水流数值解空间失稳问题分析

本文针对自由面非恒定水流数值模拟中可能出现的空间失稳因素,讨论了圣维南方程组的适用范围和产生空间失稳的主要原因,提出了消除空间失稳因素的合理措施。     

一维河网非恒定流及悬沙数学模型的节点控制方法

本文的一维河网非恒定流及悬沙数学模型，是根据以一维圣维南方程组，悬沙非平衡输运方程及水位、含沙量节点控制法而建立。首先，利用单一河流有限差分方程组转换形式和节点处质量、能量守恒性，写出所有节点的水位控制方程组。求解此不规则稀疏矩阵方程组得到得有节点的水位，再由单一河流非恒定流的求解方法可获得所有单一河流的断面水位和流量。基于水注的节点水位控制法，本文提出了节点悬沙控制法。假设节点处冲刷或淤积较小，所有节点的含沙量控制方程组可通过输沙量守恒方程用矩阵形式写出。求解此不规则稀疏矩阵方程组，得到所有节点处的含沙量。所有单一河流断面处的含沙量通过单一河流悬沙输运的求解方法获得。本文介绍的模型适用于各种河网类型。作为检验，该模型成功地应用于珠江三角洲流域河网水流及悬沙的数值计算。     

南水北调中线工程总干渠水力学 仿真模型研究

以节制闸为边界将南水北调中线总干渠分为若干子段,采用闸门过闸流量公式、能量方程、圣维南（Saint-Venant）方程组和低压管流方程分别计算闸门水位流量关系、明渠恒定流、明渠非恒定流和有压建筑物非恒定流,以此建立总干渠水力学计算模型。通过双重迭代方法对水流方程、过闸流量方程进行联合求解,以模拟总干渠运行调度动态过渡过程,以京石段2008年输水实测数据对水力学模型进行验证,结果表明模型具有良好的收敛性和较高的精度。     

明满流过渡的数值模拟及工程应用

为了模拟明流到满流的过渡过程，利用ＨｙｄｒｏＩｎｆｏ水利信息系统软件、采用圣维南方程组和Ｐｒｅｉｓｓｍａｎｎ狭缝法建立了明渠和管道相结合的一维非恒定流水动力计算模型，并通过具有解析解或试验结果的算例，验证方法的可行性。最后将其应用到北京市南水北调来水调入密云水库调蓄工程（简称密云水库调蓄工程），并模拟加压工况，通过模拟结果得知产生明满过渡流时管道中水位、流量的变化过程，能够提前采取相应措施降低明满过渡流对输水管道的影响。结果表明对实际工程的安全运行有指导意义。     

洪涝仿真模型中河网洪水的计算研究

为在洪涝仿真模型中计算河网及工程调度下的洪水演进,并综合考虑河道洪水与地面洪水的相互影响,本文建立了一维圣维南方程和河网汊点水量平衡方程组,按照preissmann四点差分格式进行离散,采用泰勒级数近似的方法计算了河网中跨河闸门在关闭、自由出流和淹没出流三种状态下的过流能力,利用并修改了矩阵标识法求解方程组,研发了一维河网模拟模型;利用堰流公式建立一维河网模拟模型和二维洪涝仿真模型的连接,实现了一、二维模型的耦合。从文献中选择典型算例验证模型,模拟结果与文献相同。以长江、汉江和东荆河河网及杜家台和洪湖蓄洪区为工程实例,模拟的河网洪水与实测数据基本一致,河道与两个蓄洪区的水量交换合理,证明新建立的一维河网模拟模型具备了对河网洪水演进的模拟能力,与二维模型耦合的方法合理。     

一维非恒定流模型与卡尔曼滤波耦合的实时交替校正方法研究

本文从一维圣维南方程离散线性化后的差分方程组出发,结合河道水流计算的边界条件,分别以水位、流量及糙率为状态向量建立3种卡尔曼滤波状态空间方程,研发出河道水流计算与变量交替实时校正的耦合模型。与天然河道实测资料类型及系列长短各异的特点相匹配,模型中变量校正模式选择灵活,对每一种校正模式,依据边界条件的给定方式自动切换到相应的处理模块,程序为每一校正时刻、每一校正模块动态地创建相应维数的卡尔曼滤波器。基于环状河网的求解机制,实时交替校正模式被嵌入扩展到环状河网水动力学模型中,初步实现了环状河网水流计算与实时校正的联解。实例检验效果证明了分离变量校正思想的可行性及所建模型的合理性。