基于图论的渠网非恒定流稀疏矩阵技术

基于图论的渠网非恒定流数学模型,提出采用节支关联表、支节关联表和节点关联表描述渠网拓扑结构,研究了节支关联矩阵A和节点水深关联矩阵C的稀疏矩阵技术,包括：数据结构,压缩存储方法,以及计算机生成方法等。提出并证明了两个关于矩阵C性质的定理。研究表明,采用稀疏矩阵技术不仅可以大大减少渠网拓扑结构信息输入量,计算机内存空间占用量,而且显著提高非恒定流的计算求解速度。     

基于图论的渠网非恒定流计算分析方法

主要研究渠网信息的描述及通用非恒定流计算机程序的实现方法.基于图论提出了一种渠网信息描述和拓扑结构的计算机辨识方法,导出了通用的渠网支路非恒定流隐式差分矩阵线性方程和节点边界条件矩阵线性方程,分析了它们的数据结构,最后给出了通用的渠网非恒定流计算模型框架等.     

调水渠网非恒定流的线性变换求解方法

本文针对调水渠网非恒定流隐式差分,提出了线性变换求解方法。首先通过未知列向量的线性变换求解每条渠道的带型矩阵线性方程组,以确定进出口计算断面水深、流量微增量的函数关系,然后与边界条件联立求解得到它们的解,最后通过一个回代过程计算出渠网各计算断面的水深和流量的微增量。应用这一方法,研究了东深供水工程渠网的非恒定流。本文方法适用于各种渠网,包括简单的一条渠道,串联渠道,树枝状渠网和具有并联和回路的渠网和河网。     

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。     

调水工程非恒定流边界条件的等效渠道处理新方法

调水工程非恒定流计算分析的复杂性与边界条件的处理有很大关系。通过研究内节点边界条件的等效渠道处理新方法,除了分叉节点外,对于闸门、多功能自动调节堰井、调节池、泵站等节点,采用一段渠道数学等效的代替,用统一的标准数学模型描述,使渠网非恒定流计算问题规格化。     

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。     

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．     

恒定急变流的能量方程及其应用

恒定总流的Bernoulli方程仅适用于恒定渐变流,而不能用来解有关恒定急变流的水力学问题。否则将会导致相当大的误差。为了分析和计算某些具有实际意义的恒定急变流问题,本文提出了恒定急变流的能量方程,并应用这一方程从理论上导出溢流坝反弧收缩水深、坝体泄水道流量以及侧壁孔口流速等的计算公式。为了验证,在溢流坝水工模型上进行了反弧收缩水深的观测。公式计算结果与观测资料相当吻合。     

水利枢纽对水文水力特性的影响分析

针对水利枢纽建设对坝区周边水文情势的影响具有不确定性的问题，以某地水利枢纽A为对象，借助非恒定流方程以及水利枢纽A的水文实测数据，提出一种基于非恒定流运动方程的新的水力特征判别方法，解决了水利枢纽对水文水力特性的影响难以预测的问题，实现了对水利枢纽水文特征进行分析预测的结果。结果表明，该方法不仅可以预测水波类型，还能够准确描述坝区流量特征，研究结果可应用于水利水电领域。     

标准Ⅰ型马蹄形断面水力特性的研究

为研究标准Ⅰ型马蹄形断面正常水深、弗劳德数和收缩断面水深的计算方法,根据明渠均匀流理论、明渠恒定非均匀流理论和能量方程,分析了标准Ⅰ型马蹄形断面的水力特性,提出了3种工况下的正常水深与流量关系、弗劳德数,以及2种工况下收缩断面水深的迭代计算公式,并通过算例给出了解题过程。研究成果计算简单、精度高,可以应用于实际工程。     

STUDY AND APPLICATION OF STEADY FLOW AND UNSTEADY FLOW MATHEMATICAL MODEL FOR CHANNEL NETWORKS

Based on the Preissmann implicit scheme for the one-dimensional Saint-Venant equation, the mathematical model for one-dimensional river networks and canal networks was developed and the key issues on the model were expatiated particularly in this article. This model applies the method of three-steps solution for channel-junction-channel to simulate the river networks, and the Gauss elimination method was used to calculate the sparse matrix. This model was applied to simulate the tree-type irrigation canal networks, complex looped channel networks and the Lower Columbia Slough networks. The results of water level and discharge agree with the data from the Adlul and field data. The model is proved to be robust for simulating unsteady flows in river networks with various degrees of complex structure. The calculated results show that this model is useful for engineering applications in complicated river networks. Future research was recommended to focus on setting up ecological numerical model of water quality in river networks and canal networks.     

基于集合卡尔曼滤波的实时校正方法

为减少非恒定水流计算中的不确定性,基于集合卡尔曼滤波提出多变量交替校正的方法。该方法通过交替校正水位和流量,避开了滤波过程中的大矩阵计算,实现了利用观测信息直接校正非恒定流状态的目的;同时,应用尺度转换方法提高水位滤波精度。数值试验重点考察了观测误差和水位变换系数对模型计算精度的影响。结果表明:观测误差越小,模型的计算精度越高;水位尺度变换系数能显著增强多变量交替校正方法的效果,变换系数越大,计算精度越高;基于集合卡尔曼滤波的多变量交替校正方法具有良好的校正性能,能显著提高河道水流的预报精度。     

船闸输水基本方程的应用

根据总流非恒定流的能量方程推导了船闸输水基本方程,对某船闸灌水过程进行了数值模拟。由于输水系统存在惯性,在灌水后期闸室水位出现反向水头即超高,当闸室水位从最大超高开始下降,水体从闸室流向引航道,此时,基本方程中水头损失项必须取与阀门处流速相同的符号。建议在相关规范修订时,将船闸输水基本方程改为文中推荐的公式,以便于应用。     

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。     

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     

设置保水堰管涵输水系统的水力瞬变数值仿真

为研究大型调水工程的水力瞬变过程,采用明渠非恒定流方程及Preissiman方法模拟无压管涵非恒定流、有压管涵水击和明满交替流,提出了设置保水堰的长距离管涵输水系统的水力学仿真模型。所建立的数值模型可模拟包括管涵明满交替和保水堰跌水等复杂的水流现象。数值仿真结果表明,在检修闸门和下游管涵之间设置保水堰,可以调节输水管道内的压力,避免紧急启闭时发生液柱分离以及检修闸门突然关闭时因明满流交替而产生强烈的冲击水压。     

地表河网-地下水流系统耦合模拟Ⅰ：模型

本文通过采用联立求解地表河流一维明渠非恒定渐变流与地下水拟三维非稳定流运动方程的技术路线，提出了地表河网与地下水流耦合模拟算法。该算法中地表河网流动分别由质量和动量守恒定律而建立的连续性方程和运动方程所组成；地下水流采用多层“拟三维”非稳定流模型，通过彼此间的水力联系，建立了地表河网-地下水流耦合模拟评价模型，该模型可用于地表水与地下水转化关系较为密切地区的水资源综合评价预测中。