几种明槽恒定流水面线计算方法的比较

能量法、 Runge-Kutta法和差分法都是常用的明槽恒定流水面线算法。各种方法在求解方法、节点布置、计算精度和稳定性上存在算法差异。通过算法差异的对比揭示了各方法的优缺点，结果表明：能量法应用最为普遍；Runge-Kutta法较适用于断面规则的溢洪道、渠道等人工明槽；差分法对于网状等复杂水系有着独特的优势。     

整体模型法在城市水库溃坝洪水演进数学模型研究中的应用

溃坝计算的任务归结为求解动床非恒定流拟线性双曲型偏微分方程组的有间断问题,求解较复杂,难度较大.目前的求解方法可分为两大类,即分段模型法和整体模型法.其中分段模型计算存在诸多假定、计算误差大、计算结果精度较低等缺点,而整体模型将坝址上游库区和下游河道作为一个整体模型来考虑,克服了分段模型计算误差大等缺点,为制定水库大坝...     

梯形渠道恒定渐变流水面线计算的新解析法

对棱柱体明渠梯形断面下的恒定非均匀流沿程水面线进行深入研究,基于恒定渐变流基本微分方程,通过对该微分方程无量纲化,采用数值分析理论,得到由简单双曲函数组成的新等效恒定渐变流基本微分方程;通过变量分离,直接积分得到流程S与始、末段水深h1,h2的解析函数;通过该解析函数可直接计算出沿程水面线。该方法比《溢洪道设计规范》中推荐的分段求和试算法更简单、便捷,特别对水深较敏感段,规范推荐试算法误差较大,并且逐段试算推求水深将导致末端断面水深误差逐步累积,导致误差增大,精度下降。最后通过工程实例计算比较得出:新解析法计算成果与规范推荐法(程序)计算成果基本一致,对于渠长较长时新解析法成果甚至优于规范推荐的分段试算法,完全满足工程实践要求。     

典型无压长隧洞恒定渐变流水面线计算的新解析法

针对现有水面线计算采用的逐段试算法计算较繁琐等问题,对典型无压长隧洞如城门洞形、卵 形无压隧洞恒定渐变流沿程水深的计算进行了数学推导。根据渐变流水力微分方程,利用数值计算理 论及无量纲化原理,将恒定渐变流基本微分方程转换为高精度的可解析积分函数形式,进而得到典型无 压长隧洞水面线计算得解析式,利用该解析式可直接算得沿程水深。该解析算法比《水工隧洞设计规 范》建议的逐段试算法更简捷,并通过工程算例分析,该新解析法成果精度可靠,方便快捷,完全满足工 程实践要求。     

非线性布西尼斯克方程的直线解法及渗透系数反演计算

本文提出了一种新的求解非线性Boussinesq方程正问题的数值方法。该方法利用有限差分方法把描述河渠间地下潜水非恒定流动的非线性偏微分方程转化为常微分方程，通过Runge-Kutta法求解。以此为基础，利用函数逼近及算子识别摄动法建立了渗透系数反演的正则迭代法，并给出了计算实例。其结果表明该方法具有数值精度高、稳定性好等优点。     

分段计算的渠道恒定非均匀流能量方程稳定性探讨及验证

工程设计中求解渠道水面线常采用能量方程分段计算法,但该计算法将导致计算误差向后续计算传播,因此需对能量方程的稳定性进行分析,以确保计算误差能在后续计算的传播过程中得到有效控制。该文对渠道恒定非均匀流能量方程的稳定性进行了初步探讨,并给出误差控制的建议,同时对天然河道水面线计算也有一定的参考意义,可供相关工程设计人员参考。     

4阶Runge-Kutta法调洪演算 误差传播规律研究

4阶Runge-Kutta法是求解水库调洪演算常微分方程的常用算法之一,研究其误差传播规律对提高成果精度有着重大的意义。采用多元函数泰勒公式展开调洪演算的方程,略去高阶微量后可得到各参数误差方程和误差传播方程。结果表明,相对误差幅度相同时,库水位上升期入库流量的误差影响强于出库流量;库水位降落期出库流量的误差影响强于入库流量;库面面积产生的水位单步误差在库水位升、降期的正负号相反,且在最高库水位附近趋于0。对于库水位累积误差,库水位上升期入库流量的误差影响最为显著;库水位降落期入库流量误差的影响逐步减弱,而出库流量的误差影响逐步加强。     

几种水面线推算方法的比较

介绍了明渠恒定均匀流法、天然河道水面线系统、HEC-RAS软件及SOBEK软件4种常用的水面线推算方法,并对不同河道进行了水面线推算,然后对计算结果进行了对比分析。结果表明:对于坡度较小且沿程顺直、断面规整的河道,若下游起始水位对上游河道水位影响较小,则可用明渠恒定均匀流法进行水面线推算;若下游起始水位对上游河道水位影响较大,则可采用天然河道水面线系统进行水面线推算;对于断面不规整的缓流河道,水位推算结果大体呈天然河道水面线系统>HEC-RAS软件>SOBEK软件的趋势;对于急流河道,HEC-RAS软件推算的水位比SOBEK软件推算的水位偏高。     

泄水建筑物反弧急流水深的显式解

泄水建筑物反弧急流水深是泄水工程下游水流衔接、反弧半径设计、反弧段动水压力计算的重要参数。本文的目标就是探讨具有足够精度又计算方便的泄水建筑物反弧急流水深计算方法。在利用恒定急变流的能量方程对于泄水建筑物的反弧水流进行分析基础上,对恒定急变流的能量方程建立的反弧段水深方程,通过级数展开近似处理,得到泄水建筑物反弧急流水深的显式解。精确解和显式解的误差分析表明,当急变流流速系数在0. 85到1. 0之间变化时,反弧急流水深的误差随着流速系数的增大而减小;当流能比在0. 01到0. 3之间变化时,反弧急流水深的误差随着流能比的减小而减小。建议的公式最大误差小于1. 85%。可见,在实际工程的参数变化范围内,本文建议的泄水建筑物反弧急流水深的显式解形式简单、计算方便、又具有足够的精度,因此可应用于实际工程泄水建筑物反弧急流水深的水力计算。     

摩阻对压力输水管道水力过渡过程计算的影响

采用特征线法计算水力过渡过程,建立了5种阻力项积分数学模型,分别为:用水力瞬变开始时的恒定流阻力系数代替非恒定流阻力系数,摩阻项积分分别采用一阶显式、隐式模式;利用恒定流阻力系数代替非恒定流阻力系数,摩阻项积分分别采用一阶显式、隐式模型;采用Brunone非恒定摩阻模型.通过算例分析表明,这5种不同的阻力项所得的水力过渡过程计算结果基本一致.     

渥奇段水面线计算

为了能够快速准确计算明槽水面线,有必要针对曲底明槽渥奇段水面线的计算方进行研究.本文根据明渠非恒定流的基本微分方程,导出计算明槽水面线的基本程,并进行了试验验证,计算结果能很好的符合实测水面线,计算结果误差小于.6%.研究结果对曲底水面线计算有较大帮助.     

溢洪道泄槽水面线计算的四阶龙格—库塔方法

现行的泄槽水面线是根据能量方程,用分段求和法计算,对于人工设计的溢洪道泄槽,多为矩形断面,能够明确写出其基本微分方程,可采用四阶龙格—库塔方法求解。与分段求和法相比,四阶龙格—库塔法具有计算速度快,精度高的优点。在工程设计中,泄槽水面线的计算可由四阶龙格—库塔法来替代现行的分段求和法。     

二维浅水方程的高阶松弛格式求解

利用松弛方法,将二维浅水方程转化为松弛方程组,并用逐维五阶WENO重构和显隐式Runge-Kutta方法对松弛方程组的空间和时间方向进行离散,建立了求解二维浅水方程的五阶松弛格式。WENO重构方法的引入既提高了格式的精度,又可保证格式是无振荡的。应用该格式对圆柱溃坝等问题进行了数值模拟,计算结果与用其它方法所得结果吻合,表明了方法的有效性。     

水力学法在水位流量关系拟定中的应用

在无实测资料、无高水实测资料或中淤变化影响水位流量关系时,假定设计断面下游起始断面水位,采用一维恒定非均匀渐变流计算方法推算设计断面水位流量关系.     

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     

棱柱体河渠水面曲线的图解法

棱柱体河渠水面曲线的计算方法,目前多采用分段法、水力指数法、数值积分法等。其计算过程较繁,当需要进行多种方案比较时尤其如此。本文提出一种图解方法,以供参考。一、基本公式按河渠恒定非均匀缓变流计算。先把整个渠槽划分为若干计算流段,逐段推求水面线,图1即某一计算流段、u—u为上游断面,d—d为下游断面。列能量方程如下:     

明渠恒定渐变流水面变化规律探讨

针对明渠恒定渐变流的水面变化问题,根据水力学能量方程,建立了明渠恒定渐变流的能量微分方程,并推导出水位及水深的沿程变化规律,通过数学推导,得出明渠恒定渐变流在缓流和急流状态下的水面变化规律。该规律不需对河渠水面线进行分区分情况讨论,适用于各种河渠断面,适用性强,在河渠设计中,也可以通过该规律反算河渠参数,使河渠满足水位和水深的工程要求,实用性强。     

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案比较中得到应用。计算结果表明，该模型能较好地反映中间渠道内水流特征，与分析模拟船闸不同运行方式下渠道内水流波动特性，达到优化运行方案，改善渠道内航行条件的目的。     

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.     

水电站设计中的明渠不恒定流计算

在水电站设计中,不恒定流是经常遇到的,例如库区建坝前后的洪水变化,水库下游的洪水演进,日调节电站上游引水渠和下游河道的水流运动,溃坝洪水运动等。上述的不恒定流动虽然引起的原因不同,表现形式也不完全一样,但在计算上均可归结为在某一定解条件(初始条件和边界条件)下求解圣维南方程