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。     

复式河道一维洪水演进数值模拟

针对复式河道的特点,建立复式河道一维非恒定流数学模型,采用四点线性隐格式离散圣维南方程组,在动量方程中通过对主槽宽度进行修正,很好地解决了漫滩瞬间流量波动问题。通过2006年汛期调水调沙期间的实测资料对黄河下游白鹤—孙口河段洪水演进过程进行验证,结果表明,计算的洪峰变化过程比较符合实测情况,洪水传播时间的计算值与实测值基本吻合。     

自然河道一维水流数学模型

基于完整的圣维南方程组和有限体积思想的数值计算格式,开发了河道一维水流数学模型,可广泛适用于自然河流恒定或非恒定、均匀或非均匀以及急流、缓流和临界流共存的水力计算。     

地下水流与河网水流的耦合模型

从河道水流一维不稳定流(扩展的圣维南方程组)有限差分的递代方程和地下水的有限元数值方法出发，通过河道四周地下水流与河道水流的交换流量把两个模型数值计算的矩阵方程从理论上耦合起来.理想水文流域系统的计算结果表明，模型的设计是合理的     

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:     

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。     

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。     

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。     

用槽蓄关系联解圣维南方程组模拟洪水演进的方法探讨

采用槽蓄关系联解圣维南方程组模拟洪水演进的水力学方法,首次发现了在Δt时段可将圣维南方程组简化后绘制两种不同形式的河段槽蓄增量图形:一是根据水流连续方程可绘制槽蓄增量1,二是根据水流运动方程也可绘制槽蓄增量2。由于河段槽蓄增量1、2应相等,因此,可以用槽蓄增量为纽带求解圣维南方程组。     

以波尔兹曼方程建立明渠水流模型的理论基础

针对传统模拟明渠水流方法所存在的问题，提出了应用ＢＧＫ模拟方法模拟明渠水流运动的可能性。根据ＢＧＫ波尔兹曼方程及明渠水流中微、宏观变量之间的基本关系，导出了明渠水流运动的控制方程。理论推导证明，圣维南方程是ＢＧＫ模型在局部平衡状态下的一个特例。通过对熵方程分析表明，ＢＧＫ波尔兹曼方程严格满足熵条件，从而阐释了ＢＧＫ模拟方法满足熵条件。利用一个恒定水跃的例子说明了熵条件的重要性，同时也表明，仅仅以质量和动量守衡律为基础的圣维南方程可能会得出不唯一的解，即不满足熵条件的解。在论证ＢＧＫ波尔兹曼方程与明渠水流守衡律的一致性的基础上，提出了建立ＧＢＫ明渠水流模型之基本思路和步骤并分析了该方法与传统模拟方法之区别。从理论上论证了利用ＢＧＫ模拟方法模拟明渠水流的可行性，为建立ＢＧＫ明渠水流模型奠定了理论基础。     

河道洪水流量预测方法研究

及时准确地预报某区域内河道指定区段洪水流量及发生时间,对合理实施该区域的防洪预案、落实抗洪抢险措施、组织调度人员及防汛物资具有重要意义。目前河道洪水预报普遍采用马斯京根流量演算法及加里宁—米尔加科夫洪水演进法,两种方法的参数率定存在局限性,对应支流的河道分段处理也存在问题。本文依据最小二乘法,建立含有预测河段上游干流、支流水文站（或水位站）流量或水位预测模型,该模型不受其他水文参数的率定精度影响,直接利用以往洪水及当次洪水上游、下游站的观测资料建立回归预测模型,并通过递推方式完成当次洪水预测,表达形式简单直观、便于实际应用。利用该模型完成了嫩江干流齐齐哈尔水文站2013年洪水流量预测,经与实测成果比较,洪峰流量最大拟合误差小于5.2%,具有较好的计算精度。     

天然河道一维非恒定流数学模型

天然河道水流计算中，洪水漫滩时横向流速分布极不均匀，直接用一维非恒定流方程进行模拟会产生较大误差，以前的处理方法其假定与实际差距较大，作者对此作了一些探索性研究，将横断面划分成若干个子断面，动量方程中的动量项取为各子断面动量之和，从而消除了横向流速分布不均匀的影响，并对渭河下游一次洪水过程进行了计算。     

基于水文学与水力学方法的雅砻江水情预报模型

以雅砻江官地水库至河口为对象,建立一个基于水文学与水力学方法相耦合的水情预报模型。其中,官地水库出流作为模型入流边界,官地水库至二滩水库河道汇流采用马斯京根河道演算法模拟;官地水库至二滩水库区间入流采用基于栅格的新安江模型模拟,以使模拟结果具有一定的预见期;二滩水库按水库调度规则计算水库出流;二滩水库至河口对完全圣维南方程组采用一维非恒定流隐式差分求解,模拟出沿河道任意断面水情过程,从而使具有预见期的水文预报成果沿河道方向得到了延伸,实现了对二滩水库至河口段水情的精准预报和过程控制。采用2007—2009年日系列资料对模型进行严格的率定与验证后发现,小得石站最高水位的绝对误差均小于0.3 m,桐子林站最大流量的相对误差均小于10%,日模拟的确定性系数均高于0.989,高精度的模拟结果证实了模型的合理性和有效性。     

Consideration of meteorological factors when calculating large canals

Conclusions The effect of meteorological factors on the dynamics of open-channel flows is taken into account, as a rule, when studying unsteady fluid flows [8–12]. In shallow-water equations (in particular, in the St. Venant equations), which are the most common mathematical model used for calculating open-channel unsteady flow, meteorlogical factors are included as conditions on the free surface (normal and shear stresses). The use of the indicated dynamic equations (of shallow water) makes it possible to obtain quite diverse information about the results of the effect of the atmosphere on the structure of the open-channel flow. The approach presented in this article, based on the equation of balance of mechanical energy and ultimately on the Bernoulli equation, does not permit obtaining such detailed information about the interaction of meteorological and hydraulic factors. It permits mainly obtaining simple estimates by means of which one can establish when the effect of meteorological factors on the hydraulic characteristics of flows in canals should be taken into consideration.Translated from Gidrotekhnicheskoe Stroitel'stvo, No. 1, pp. 33–36, January, 1988.     

二维明渠非恒定水流BGK数值模型

本文根据BGK波尔兹曼方程及明渠水流中波尔兹曼变量与宏观变量之间的基本关系，导出了明渠水流运动方程，验证了BGK波尔兹曼方程与明渠水流运动方程的一致性，并从理论上证明，圣维南方程是BGK明渠水流模型在局部平衡状态下的一个特例。以BGK波尔兹曼方程为基本方程，利用有限体积离散方法，建立了满足熵原理的二维明渠非恒定水流的BGK数值模型。通过对典型的明渠水流现象的模拟，并与其它计算方法获得的解以及实验结果相比较，表明BGK模型勿须人为的熵修正，能准确地模拟存在不连续运动的明渠水流运动，是一种较好的明渠非恒定水流模型。     

永翠河带岭站冰期流量整编方法分析

由于影响冰期流量测验和资料整编工作的因素较多,为较好地解决如何确定冰期流量测验测次布设和资料整编方法选用的问题,根据山区小面积流域水文站带岭站的气象水文特性和实测资料,通过采取对各种不同流量资料整编方法进行对比分析的方式,提出了比较适合该站的冰期流量资料整编方法。并针对山区小面积流域水文站冰期水文测验和资料整编方法提出了具体建议。     

A SPLIT-CHARACTERISTIC FINITE ELEMENT MODEL FOR 1-D UNSTEADY FLOWS

An efficient and accurate solution algorithm was proposed for 1-D unsteady flow problems widely existing in hydraulic engineering. Based on the split-characteristic finite element method, the numerical model with the Saint-Venant equations of 1-D unsteady flows was established. The assembled finite element equations were solved with the tri-diagonal matrix algorithm. In the semi-implicit and explicit scheme, the critical time step of the method was dependent on the space step and flow velocity, not on the wave celerity. The method was used to eliminate the restriction due to the wave celerity for the computational analysis of unsteady open-channel flows. The model was verified by the experimental data and theoretical solution and also applied to the simulation of the flow in practical river networks. It shows that the numerical method has high efficiency and accuracy and can be used to simulate 1-D steady flows, and unsteady flows with shock waves or flood waves. Compared with other numerical methods, the algorithm of this method is simpler with higher accuracy, less dissipation, higher computation efficiency and less computer storage.     

小南海水电站日调节非恒定流对通航的影响

为分析小南海水电站日调节对下游航运的影响,使用Saint-Venant偏微分方程组和Preissmann隐格式差分方法,建立了一维非恒定流水动力学模型,并以实测水文数据对模型进行了校核和验证。采用该模型模拟了小南海水电站日调节工况时下游水流条件,并与拟定的通航条件进行了对比分析,结果表明,按照电网载荷拟定的日调节工况运行会造成坝下游水流条件恶化,从而降低枯水期库区通航能力;有必要对电站日调节运行方式进行调整,或者对下游河段进行整治。     

COMPREHENSIVE STUDY OF COMBINING FLOW CONDITIONS AT PIPE JUNCTIONS

ＣＯＭＰＲＥＨＥＮＳＩＶＥＳＴＵＤＹＯＦＣＯＭＢＩＮＩＮＧＦＬＯＷＣＯＮＤＩＴＩＯＮＳＡＴＰＩＰＥＪＵＮＣＴＩＯＮＳ￥ＭａｏＺｅ－ｙｕ（ＨｙｄｒａｕｌｉｃｓＧｒｏｕｐ，ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔＯｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ...