一维不恒定流河网数学模型研究与应用

河道中洪水数值模拟主要用求解描述洪水波运动的圣维南方程组，依数值计算解法不同而产生了不同的模型．在海河流域大清河北支及中下游河道洪水数值模拟的实际工作中，应用了一维河网模型进行洪水的模拟计算，并根据实际情况加入了蓄滞洪区调度、泄洪闸控制调度以及近年来北方河道入渗的特点等条件，计算效果良好．现对模型的理论基础和解法以及实际应用经验作一简述。     

平面二维河床变形的数值模拟

为了研究河道平面二维的河床变形问题，及由此而引起的对防洪、航运等造成的影响，本文给出出非均匀沙的平面二维全沙动床数学模型方程组，并考虑了移质不和饱和输移、非均匀沙推移质输移及床沙级配的调整。在求解水流泥沙运动方程时，采用控制体和只法及动边界技术，对水流速度场、悬移质浓度场及河床变形进行了数值模拟。该模型采用正交曲线网格来克服天然河道边界形状复杂、长度尺度相差悬殊以及由于水位波动引起计算边变化等等困     

基于MIKE模型的珠江三角洲洪潮数值模拟分析

珠江三角洲口水系纵横,水动力条件复杂多变,造成对河口地区进行数值模拟存在一定困难。尝试利用MIKE建立水动力模型对该地区洪潮进行数值模拟;对于河道的数值模拟,采用“半耦合”技术,一维出口边界固定为水位边界,一维计算结果为二维提供流量边界条件;二维进口固定为流量边界,二维计算结果为一维提供水位边界条件。结果表明：主要站点计算潮位特征值与实测潮位相比,误差均小于0.10 m,计算潮位过程与实测潮位过程吻合,相位误差基本小于0.5 h;最大流速出现时间偏差小于0.5 h,流速过程线的形态基本一致;主要站点断面计算最大涨落潮流量与实测最大涨落潮流量误差一般小于10%,河网区各水道糙率值基本为上游河道大于下游河道,符合河道糙率沿程变化的自然规律。说明基于MIKE水动力模型在进行珠江三角洲数值模拟是可行的,对于相关生产项目的开展具有一定的参考价值。     

水电站非正常运行下库区涌浪数值模拟

水电站非正常运行情况下，引水系统流量突变往往会引库区及下游河道涌传播，对于有航运要求的水利枢纽，这种涌浪往往会引航道附近的水流流场，恶化通航条件。本 库区涌浪计算的平碉一维水流数学模型，并应用于凌津滩水电站和琅琊山抽水蓄能电站中，表明该模型具有较强的计算模拟能力。     

水电站非正常运行下库区涌浪数值模拟

水电站非正常运行情况下，引水系统流量突变往往会引起库区及下游河道涌浪传播，对于有航运要求的水利枢纽，这种涌浪往往会影响引航道附近的水流流场，恶化通航条件。本文建立了库区涌浪计算的平面二维水流数学模型，并应用于凌津滩水电站和琅琊山抽水蓄能电站中，表明该模型具有较强的计算模拟能力。     

有水葫芦的河道水流数值模拟

该文采用RNG k-ε双方程湍流模型,用多孔介质模拟水葫芦覆盖区域、用VOF方法对有水葫芦覆盖的河道水流进行了数值模拟研究,数值计算得到的水面雍高值及流速分布与试验实测结果吻合较好,表明利用该模型对有水葫芦覆盖的河道水流进行模拟是可行的.     

中间渠道内非恒定流数值模拟

利用平面二维非恒定流数值模型，来研究中间渠道内非恒定流问题，该模型基于任意三角形计算网络，采用隐式求解自由表面的剖开算子法，离散求解控制方程，有效地处理了非线性混合算子和计算自由表面的困难，避免人工滤波措施，提高了计算精度和计算稳定性，并在三峡通航工程方寒比较中得到应用。计算结果表明，该模型能较好地反映中间渠道内水充特征，与分析模拟船闸不同运动方式下渠道内水流波动特性，达到优化运行方案，改善渠道内     

弯曲复式河道水流特性数值模拟研究

为了解二维、三维模型在弯曲复式河道水流数值模拟中的应用情况,利用物理模型试验数据验证二维模型的计算结果,并对断面水面线进行了分析。可以看出,二维数模不适用于弯道水流的局部模拟,而适用于宏观水流流动的模拟。采用三维模型分析了弯曲复式河道中的二次流现象,结果表明,三维数模对于弯道水流的二次流、垂线流速分布模拟效果比较理想,可以得到弯曲河道水流运动的基本规律。     

三峡工程引航道通航水流数值模拟应用研究

采用二维非恒定流数学模型,模拟了三峡工程上游和下游引航道在不同布置方案和各种枢纽运行方式下的引航道内非恒定水流.研究了坐标变换、网格划分、数值离散、动水边界及干床处理、计算成果可视化等关键技术,提出了处理方法.计算表明该数学模型稳定性好、收敛快、精度高;计算成果与模型试验成果较为吻合.     

基于Ｒｅａｌｉｚａｂｌｅｋ－ｅｐｓｉｌｏｎ模型的水闸下游水流数值模拟

水闸是渠道或河道工程中十分重要的水工建筑物，因此水闸流的模拟也具有重要的现实意义。 为提高水闸流的模拟精确度，引入较为先进的Ｒｅａｌｉｚａｂｌｅｋ－ｅｐｓｉｌｏｎ模型，并采用该模型对河道水闸下游 水流进行了数值模拟。将模拟结果与试验数据和标准ｋ－ｅｐｓｉｌｏｎ模型结果进行比较。结果表明，标准和 Ｒｅａｌｉｚａｂｌｅｋ－ｅｐｓｉｌｏｎ模型均可较为准确地预测水闸流的自由水面与流速分布，但基于Ｒｅａｌｉｚａｂｌｅｋ－ｅｐ ｓｉｌｏｎ模型的模拟结果更为精确，证明了该方法的适用性及合理性，为提高水闸流的计算精度提供了参 考。     

水沙河口衔接数学模型的研究及其应用

在河口水流、泥沙数值计算时提出一、二维衔接的数学模型.根据一、二维水流连续方程、运动方程、悬沙扩散方程、两相流底沙运动方程、床面演变方程,对一维河道采用河网三级联解法、迎风差分格式,对二维海区采用有限元加权集中质量法、三角差分格式,建立水沙河口衔接数学模型.将此模型应用于天津泰达永定新河河口工程的研究上,经实测水沙资料验证,计算值与实测值基本吻合.为河口改造时引起的河道与海区的水流及泥沙稳定性问题提供了可行的研究方法.     

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     

二维水沙和温度及浓度场数学模型与应用

 根据水流泥沙运动和水质（温度及浓度）扩散传播基本理论,建立了平面二维水流泥沙和温度及浓度场数学模型,以之研究水库、河道、河口水流及其输移物质运动规律,并采用有限体积法和有限元法来离散和求解这些模型方程组,用以模拟河道水流及其输移物质运动规律。该模型计算过程稳定,计算速度快,已在诸多工程中广泛应用,并得到原型观测成果的检验。     

小流域综合治理在水土保持中的特殊作用及发展途径

小流域综合治理在水土保持工作中的主要作用是 :提高土地生产力 ,使土地结构趋于合理 ,具有明显的拦沙效果 ,减轻水旱灾害等 .根据中国的具体情况 ,提出了几条对策 ,包括搞好农田基本建设 ,发展林果业 ,搞好植被建设和水土保持产业化 ,全方位综合治理等 ,以达到生态效益、经济效益、社会效益的互相统一 .     

河流水文学若干研究领域的回顾与展望

就 2 1世纪的产汇流理论、流域定量地貌、河流洪水、河流泥沙、河流热状况与冰情、河流资源利用、河流水质与河流生态环境等河流水文学主要研究领域的发展前景作了初步的展望 :要进一步揭示不同气候和下垫面条件下的产汇流规律 ,研制预测功能强的流域水文模型 ,发展和应用数字流域 ,深入揭示复杂条件下的洪水运动规律 ,提出高精度的分析计算方法 ;水流动力学与泥沙动力学相耦合的产沙计算方法将得到实际应用 ,河流输沙机理将进一步被揭示 ;继续探索河冰形成及河流冰情变化的热力学和水力学机理 ,完善冰凌数学模型 ,进一步揭示河流水流挟带污染物质的运动机理 ,完善水质模型 ,提高计算精度 ;要采用多学科综合的手段 ,深入探讨人类活动对河流生态系统的影响     

山区河流二维推移质数学模型及应用研究——以望谟河整治工程为例

为了充分利用我国西南山区丰富的水能资源,同时减少望谟河因山洪引起的高含沙水流洪涝和泥石流灾害,应用二维水流泥沙数学模型常用的控制方程式,采用有限体积法对方程进行离散,并使用"冻结法"对模型中陆地边界进行处理,建立了具有一定通用性的山区河流的二维推移质数学模型。利用建立的模型对贵州省望谟河新屯段进行了流场和推移质冲淤模拟计算,并进行了望谟河整治工程影响分析。结果表明:对于望谟河水位和河床冲淤变形验算,数值模型计算值与经验公式推算变化趋势一致,数值也较为接近;整治工程实施后望谟河沿程的水位绝大部分发生不同程度的降低,仅局部存在微小的抬高;望谟河整治后,同流量下,水位降低,流速归槽泥沙淤积减小,有利于河道防洪。     

重庆创宇化危品码头通航二维水流数值模拟

为了克服计算域边界起伏变化较大的问题,利用贴体正交曲线坐标系建立二维水流数值模型,模拟重庆创宇化危品码头河段通航水流条件,运用苟家沱至五步政河段的水面线、流场的流向及流速分布等实测资料进行验证,计算结果表明,二维水流数学模型的建立和数值计算方法合理,能较好的模拟实际河道的水流特性.     

平面二维非均匀沙数值模拟方法

本文基于三角形网格划分，从平面二维水流泥沙的基本方程及基础理论出发，针对方程的基本特性采用剖开算子方法，将水流运动方程及悬移质扩散方程剖分成对流、扩散及传播三部分并提出了各自相应的计算方法；连续方程采用有限体积法进行计算，保证了水量的守恒；泥沙计算中采用平面二维非均匀沙水流挟沙力公式，并着重对河床冲刷过程中悬移质含沙量、级配，床沙级配等沿时空变化特性进行了计算分析，模拟了概化河道中床沙抗冲层的形成过程.数值实验表明，该方法边界符合良好，计算量小，能准确地模拟河床冲刷过程.     

Application of 2-D sediment model to fluctuating backwater area of Yangtze River

Based on the characteristics of backflow,a two-dimensional mathematical model of sediment movement was established.The complexity of the watercourse boundary at the confluence of the main stream and the tributary was dealt with using a boundary-fitting orthogonal coordinate system.The basic equation of the two-dimensional total sediment load model,the numerical calculation format,and key problems associated with using the orthogonal curvilinear coordinate system were discussed.Water and sediment flow in the Chongqing reach of the Yangtze River were simulated.The calculated water level,flow velocity distribution,amount of silting and scouring,and alluvial distribution are found to be in agreement with the measured data,which indicates that the numerical model and calculation method are reasonable.The model can be used for calculation of flow in a relatively complicated river network.     

平原河网水动力模型及求解方法探讨

参考国内外有关资料 ,根据河网非恒定流水动力模型的控制方程组和汊点衔接条件 ,建立平原河网水动力节点 河道模型。介绍用特征线法 ,有限体积法和有限差分法中的直接解法、分级解法、汊点分组解法、矩阵标识法、非线性方法等求解的基本思路。对比单元划分模型、混合模型以及人工神经网络模型等平原河网水动力模型 ,分析各个模型的优缺点 ,结果表明 ,节点 河道模型原则上可以求解任何水网的水力参数 ,单元划分模型仅适用于河道流速时空变化不大的情况 ,人工神经网络模型的验证比较困难。指出改进和设计计算方法、应用向量运算和并行算法、数值模拟可视化、数值计算模型软件化是河网数值模拟的主要发展方向