基于组件的河网水流模拟软件的设计

分析了传统面向过程软件设计方法在河网水流模拟软件设计中存在的问题以及基于组件的软件设计方法的优点,提出基于组件的设计方法来构建河网水流模拟软件,在分析河网水流数学模型求解过程的基础上,提出了一种河网水流模拟软件的系统架构,并对河道组件的具体实现进行了探讨,最后开发了一个演示程序并对黄浦江流域进行了计算。     

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。     

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。     

一维河网非恒定水沙数学模型研究

在已有研究的基础上,建立了适合复杂区域的河网非恒定流水沙数学模型.建立过程中考虑到计算精度和计算速度的要求,水流求解采用汊点分组方法,同时本模型选用了较符合河网泥沙运动的汊点分沙模式.最后通过长江中下游长河段的水沙运动模拟表明,建立的河网水沙数学模型能够满足实际工程需要.     

基于GIS的平原河网非恒定流计算模型

运用矩阵标识法求解节点水位方程，并结合地理信息系统(GIS)技术建立的平原河网非恒定流计算模型，具有节省河网基础资料的前处理和提高计算工作效率的特点．     

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.     

崇明东滩垦区农田水利规划研究

木文运用非恒定流的理论和方法,把河网水流和地下水渗流计算有机结合起来,按排涝、灌溉、调蓄、控制地下水位和改造盐渍地的要求,对崇明东滩垦区河网和田间排水沟进行计算讨论,计算结果为垦区农田水利规划提供了科学依据。     

一维河网水流数学模型数值计算方面的探讨

本文在考虑了实际计算河段的特性的基础上，采用直接联解一维圣维南方程组的方法建立了一维河网水流教学模型，并以此探讨了教值计算中的关于求解大型稀疏矩阵方法的选择及糙率的选择等方面的问题。     

河网水力数值模拟中Newton—Raphson法收敛性的证明

Newton-Raphson迭代法以其收敛速度快的优点而常被用于求解非线性代数方程组，但对各种不同的问题其局部收敛性条件的证明往往是十分困难的。本文针对用Newton-Raphson迭代法求解河网数值模拟中所出现的非线性代数方程组的问题，证明了只要当时间步长取得足够小时， 迭代法的局部收敛性条件就一定可以满足，从而给出了Newton-Raphson迭代法在河网非恒定流计算中应用的一个理论基础。     

河网非恒定流数值模拟及应用研究

基于平面二维圣维南方程以及下游水位流量关系,采用非正交的四边形网格,以及水面-流速校正的Simple算法,建立了复杂河网区二维非恒定水流数值模型,采用有限控制体积法(FVM)进行数值计算.为了减少长河段或流量剧烈变化河段的计算误差,模型的数值计算中对下游断面水位流量与内点的数值离散进行了耦合求解.利用大渡河下游沙湾至乐山的河网河段天然实测及拟建安谷水电工程物理模型实验资料,对模型参数进行了率定和验证,并计算出工程前后河段槽蓄量变化.研究成果表明,该数值模型能够模拟复杂河网洪水演进并获得了较高的数值精度.     

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。     

具有河网水沙运动特点的人工神经网络模型

本文将人工神经网络模型与河网水沙连续方程联系，建立了具有河网水沙运动特点的人工神经网络模型，赋予神经网络内部参数物理概念。该模型的特点是对河道地形要求不高，能够满足水沙输移实时预报的要求。利用所建模型对长江中游荆江及洞庭湖区水沙运动规律进行模拟，结果表明该模型能够较好地反映河网水沙输移规律。     

滨海山丘区城市小流域设计洪水计算方法研究

我国滨海山丘区城市上游有山丘区,洪水下泄速度较快;下游受到潮水的顶托作用,内河洪涝水无法外排入海,洪涝灾害频发。城市化的进程也改变了原有下垫面的产汇流特性,既不能采用原有天然流域设计洪水计算方法,也不能采用城市排水的计算方法。论文针对快速城市化中的滨海山丘区的特点,分析了城市市政排水计算公式、水利推理公式和非恒定流法之间的区别,提出了利用推理公式、管道汇流和非恒定流法相结合计算小流域设计洪水的方法。以赣榆县柘汪-石桥片区为例,分别采用上述3种方法计算其设计洪水。结果表明:非恒定流方法的计算结果比推理公式方法小,该方法比较符合滨海山丘区的洪水特性,可为城市建设和河道规划提供依据。     

求解大型河网非恒定流的非线性方法

本文以Saint-Venant方程组为基础，用Newton-Raphson方法直接求解按Preiss-mann加权四点隐式格式进行离散所得的非线性代数方程组，提出了河网非恒定流的松弛算法。     

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。     

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     

复杂河网水系油粒子模型开发及溢油污染模拟

近年来,油粒子模型在海洋、海湾等水体的二、三维溢油数值模拟中获得广泛应用.然而,河网地区的水流模拟通常采用一维水动力模型,无法根据模型预测结果判断油粒子运动至河网节点后的流动方向,导致现有油粒子模型不能应用于河网水系溢油污染模拟.本研究针对水网地区溢油输移特征,通过定义河网节点出流河道流向因子,判断油粒子运动至河网节点...