基于van Genuchten-Mualem模型的饱和-非饱和介质流动随机数值分析

基于van Genuchten-Mualem非饱和水分特征模型,联合运用Karhunen-Loeve展开法、混沌多项式展开以及摄动方法,对饱和-非饱和流问题进行随机数值分析。将土壤特性参数假定为协方差已知的随机函数,并按Karhunen-Loeve法分解,把压力水头表示为多项式。通过摄动方法得到一系列关于水头展开式的偏微分方程,用有限差分法进行求解,获得了压力水头的随机描述,并计算其均值和方差。应用本文的随机模型研究了二维非饱和以及饱和-非饱和介质流动的实例,结果与动量方法的计算结果一致,而且计算效率高于传统的动量方法。     

高含沙水流二维数值模拟

一定条件下的高含沙水流具有非牛顿体特性，在天然多沙河流中由于地形分布等因素的影响。流动强度差异较大，往往呈现非牛顿体和牛顿体两种不同的流动特性，本文通过引进水流在不同流动状态下的特征，通过数值实验计算对模型进行了初步检验，计算结果与实际观测到的一些现象定性上完全吻合。     

龙抬头式泄洪洞水流数学模型及其应用

本文给出了一个实用、有效的三维泄洪洞水流数值模型。对泄洪洞进口段采用势流模型，对明流段则考虑了阻力与边界层发展的影响，提出了一种既适合内部边界层区，又适合外部边界层区的数值计算方法，使之能合理地模拟龙抬头式泄洪洞的水流特性。验证计算及工程应用表明，该数值模型具有较高的精度，能满足工程要求。     

一种简洁有效的河道平面二维流动数值模型

本文提出了一种简洁有效的河道平面二维流动数值模型。模型采用跟踪河道中心线走向的正交曲线坐标系，曲线网格可用代数方法直接生成。这种河道正交曲线网格较好地适合了河流的形态特征及流动特性，模型基于显式有限差分，利用水面回算消除不稳定性。并使模型在空间和时间上均达到二阶精度。模型采用显式非恒定流渐近迭代法计算河流恒定流场，为了有效地抑制非线性不稳定性发展，二维模型初值由准二维计算结果提供。本文针对弯道水槽试验成果。多体绕流，边池回流和天然山区河流情况，对数值模型进行了测试和验证。结果表明，模型具有较强的模拟复杂流态的能力。     

水沙数学模型技术在长江河口整治中的应用

为给河口整治提供参考和借鉴,基于DELFT3D模型系统建立了长江河口水沙数学模型,并利用实测水文、泥沙数据进行了率定、验证。大量实测资料验证结果表明,该模型的潮位、潮流和含沙量模拟平均精度分别可达91%,86%和72%,模型具有较好的模拟精度。该模型在长江河口治理规划研究、整治工程方案设计、施工设计、航道治理等方面应用效果良好,可为相关整治工程的决策和设计提供一定的技术支撑,值得进一步推广应用。     

波涌灌地面水流运动的零惯量模型及数值计算

本文利用地面水流运动的零惯量模型，对波涌灌水流运动的全过程进行了数学模拟，利用一阶隐式差分公式求解零惯量水流运动方程，得出了进水和退水距离与时间的变化关系曲线，与大田实测波涌灌资料进行了对比，一致性较好。     

基于混合数值解法的二维畦灌地表水流运动模拟I：模型建立

摘要：数值模拟畦灌水流运动过程可为地面灌溉系统设计与评价提供必要的工具和手段。本文在利用隐式三点后 差分隐时间格式对二维畦灌地表水流运动模型各矢量项进行时间离散基础上,采用有限差分法、有限体积法和有 限单元法分别对由隐时间格式与线性化过程生成的物理通量线性近似式系数的空间导数、物理通量的空间导数和 地形向量开展空间离散,对经时-空离散后形成的控制方程代数方程组进行数值解算,构建起基于混合数值解法 的二维畦灌地表水流运动模型。     

曝气池中气液两相流的数值模拟与实验研究

曝气在活性污泥处理方法中起着重要的作用，而曝气池中气液两相流流动规律对曝气作用的影响又至关重要。本文通过实验研究了曝气池中气液两相流的流动问题。在此基础上建立了气液两相紊流的流动模型，并采用单位体积方法进行求解计算，经比较表明实测值与计算值吻合较好。     

非恒定水流的一维、二维耦合数值模型

从数值波在每一时间步长内传播的距离不超过Courant数个网格点的基础出发，采用时间滞后条件，构造了虚拟的重叠计算水域。利用重叠－投影法，在连接（点）处建立一、二维耦合模型，实现了由一维计算水域向二维计算水域的准确过渡。采用一、二维耦合模型和全一维模型对上海市淀南片河网的验证计算表明，一、二维耦合模型能较好地模拟非恒定水流，且具有一定的可靠性和实用性。     

饱和-非饱和非稳定渗流数值分析中初始状态的研究

总结了饱和—非饱和非稳定渗流场分析中初始孔隙水压力确定的一般方法。讨论了通过给出实测的数据概化孔隙水压力分布和采用稳态渗流解确定初始孔隙水压力各自的适用范围及存在的问题,并进一步指出了确定饱和—非饱和非稳定渗流场初始状态的研究内容。     

波涌畦灌入渗规律及数值模拟

本文在室内对波涌畦灌入渗规律进行了试验研究，建立了与连续畦灌入渗特性参数间的联系，用数学模型模拟了波涌畦灌入渗过程，并根据实验资料对模型进行了验证。     

弯曲河流三维数值模型

将平面正交曲线坐标系和垂向σ伸缩坐标系相结合,建立适合弯曲河流的三维水流数值模型。采用模式分裂技术将控制方程分解为外、内模式联合求解,方程的离散采用有限差分法。采用嘉陵江广元城区河段5个弯段内7个典型横断面地形、水位和流速资料对本文模型进行验证,模型成功地模拟出了水面横比降和弯道二次流,模拟结果与实测数据吻合较好。     

堰塞坝溃坝数学模型研究与应用

针对堰塞坝坝体土石料的宽级配特性,引入与水流方向垂直的附加作用力来考虑粗颗粒对细颗粒的阻拦、遮蔽作用以及细颗粒对粗颗粒的包围、填实作用,提出了一个可模拟堰塞坝漫顶溃决过程溃口发展规律与流量过程的数值模型和相应的计算方法,利用该模型对唐家山堰塞坝泄流过程进行了模拟,得出的泄流槽发展规律与洪水流量过程与实测资料接近,验证了该模型和计算方法的合理性。进一步,利用笔者建议的数学模型及数值计算方法,比较分析了唐家山堰塞坝除险过程中泄流槽断面型式对堰塞坝泄流过程的影响,发现堰塞湖在采用泄流槽引流除险时,泄流槽深度与断面型式对其泄流过程具有重要影响,增加泄流槽深度,可明显提高泄流效率,但堰塞湖下游将承受更大的风险。对于同样深度的梯形泄流槽,如果将槽底部断面减小,形成复合梯形泄流槽,不仅可减少开挖工作量,而且没有明显降低泄流效率,同时后者的泄流过程更为平缓,最大洪峰流量减小,出现的时间滞后,堰塞湖下游承受的风险也将降低。     

多孔方型人工鱼礁绕流的数值模拟研究

数值模拟得到了5种不同来流速度(0.1 ～0.8 n/s)下的多孔方型人工鱼礁周围的水流场.过礁体中心的铅垂面上速度分布表明:①不同来流速度下,上升流的最大速度和平均速度均分别为来流速度的0.74倍和0.12倍,上升流最大高度均为礁体高度的2.6 ～2.7倍,背涡区的长度和高度均分别为礁体高度的4倍和1.25倍;②在靠近礁体背流面形成水流方向与来流方向相一致的透水区.过礁体中心的水平面上速度分布表明:①不同来流速度下,背涡区的长度和宽度均分别为礁体宽度的4倍和1.8倍;②在鱼礁内部形成水流方向杂乱的旋涡区.本研究还初步比较了多孔方型人工鱼礁绕流与无孔方型人工鱼礁绕流的流场效应异同点.     

潮流数值模拟中动边界处理方法研究

论文提出了一种新的干湿判断方法来处理潮流数值模拟中潮间带上的动边界问题。文中的干湿判断方法主要是通过显式求解所得的“预估水深”和流速方向确定单元边的干湿状态。干湿判断过程中不仅考虑到水位对干湿状态的影响，而且包含了流速、流向和风应力等因素；判断过程不必分成“干”判断和“湿”判断两步进行。对三个测试算例进行了干湿判断模拟，模拟结果显示：干湿判断方法无明显的数值振荡，模拟结果的水面光滑；可以较准确的估计浅水处水体的蓄留能力，能保证干单元的水深均小于门限水深且为有限的正值；可以较准确的模拟潮间带上的动边界问题。     

泥石流动力学模型和数值模拟研究综述

泥石流体可视为介于挟沙水体和土体之间的过渡性体,它兼具水体和土体的性质,有着不同于两者的固有性质.现有的泥石流动力学模型都是从水沙或者岩土力学模型基础上发展而来的,从描述组成物质和运动的观点来看,可划分为连续介质、离散介质和混合介质模型.前两种模型可以在一定程度上描述某些泥石流物理现象.传统的单流体和多流体模型都属于连续介质模型.离散介质模型主要有离散元模型和动理学模型.混合介质模型能完整反映泥石流的物理本质,但面临的理论和计算问题也最多,正处于初步发展阶段.基于不同的动力模型和数值算法,目前发展了种类较多的数值计算模型.单流体的数值计算模型相对比较成熟,应用也比较广泛.具体的数值计算模型中,数值算法、流变模型、地形数据、边界和初始条件等的处理对数值计算结果有重要的影响,需要根据具体的问题选择合适的数值计算模型.泥石流动力学模型和数值模拟研究的重点在于建立全过程的泥石流动力学模型和模拟,发展非均质的泥石流计算模型,客观反映大尺度颗粒和障碍物的存在对泥石流运动的影响,以及建立合理的泥石流动床物质交换模型.     

基于全水动力学模型的波涌灌溉管理系统

基于全水动力学模型建立起波涌灌溉管理系统，用于模拟间歇供水状态下的地面水流运动，确定适宜的波涌灌水技术设计与管理参数及其组合条件，比较和选择波涌灌水技术的田间实施方案，管理有关波涌灌溉技术应用的各类信息资料。该系统是一个以实际应用为目标的波涌灌溉管理应用软件，具有计算稳定性好、估值精度高、收敛性和守恒性较强等明显特点。     

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.     

温州近海及河口二维水沙数值计算模式

为了合理开发、科学利用温州的海岸及港湾滩涂资源，切实反映众多围垦工程对海洋水沙环境的综合影响，建立了温州近海及河口二维水沙数值计算模式。验证结果和水流场、含沙量场表明，该模型较好地反映了温州近海及河口水流的运动特征和含沙量场的分布规律。     

泥浆侧排浓度扩散特性二维水沙数学模拟研究

涉水工程在施工过程中产生的高浓度泥浆排放必将污染下游河道,给下游生产、生活用水带来影响。因此准确预测高浓度泥浆排放对下游河道的影响程度及范围具有重要意义,本文以含沙水流为研究对象,采用一般曲线坐标系下的平面二维水沙数学模型对长江武汉河段过江隧道施工过程中泥浆排放对下游河道的影响进行模拟和计算。结果表明：模型能较为真实地反映不同水流条件下不同浓度的泥浆在水流中的扩散范围。可为泥浆排放口下游的生产、生活用水决策提供必要的参考依据。