河网水力数值模拟的松驰迭代法及水位的可视化显示

以Ｓａｉｎｔ－Ｖｅｎａｎｔ方程组为基础,讨论了按Ｐｒｅｉｓｓｍａｎｎ加权四点陷式格式进行离散所得的非线性代数方程组的Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ迭代解法,对河网非恒定流用松驰迭代方法进行计算,并利用ＧＩＳ Ｍａｐｉｎｆｏ实现了计算结果的可视化。     

河网非恒定流汊点分组解法

在分析汊点分组解法的基础上,提出了汊点分组解法的一般理论和算法。新方法的特点是可将河网汊点分片编码处理,而且汊点分组后可通过适用于一般分级解法的原汊点水位关系得到新的汊点方程组,新方法的通用性较好,值得推广应用。     

河网非恒定水沙数学模型研究

建立了能够适用于多种情况的河网非恒定流水沙数学模型。推导提出了河网泥沙方程组的分级解法,提出了适用于河网计算的汊点分沙模式,分析和对比了多种分沙模式的适用性,对河网区域中可蓄水汊点也提出了相应的处理办法。采用汉江杜家台分蓄洪区的资料作了模型的验证和应用。     

基于未确知信息的环状河网水质数学模型研究

以圣维南方程组、对流扩散方程以及未确知信息理论为基础,建立了环状河网一维水动力与未确知水质数学模型。采用Preissman四点隐格式法对圣维南方程组进行离散和采用显式差分对对流扩散方程进行离散,对河网水动力与水质分别进行了合理的编码,并考虑了泵闸等控制工程、降雨径流的影响,采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,实现了水动力和水质两模块之间的数据连接,且对微分形式的水质模型运用未确知数学理论进行了含有两个未确知参数的水质计算,从而不仅能获得污染物浓度区间值,还能得到相应的可信度。实例研究表明,建立的河网水动力模型和未确知信息的水质模型是可靠的,可以用于河网水质治理工程的数值模拟研究和水环境评估。     

基于组件的水力数值模拟可视化系统

传统的水力数值模拟方式难以直观、形象地展示数学模型的内在规律。本文旨在探索新的水力数值模拟方式,应用软件工程新出现的组件编程模型封装水力数学模型,以使其数值模拟过程实现可视化,并依据可视化反馈信息对数值计算实施驾驭。     

长江中下游河湖洪水演进的数值模拟

以长江中下游(宜昌-大通)防洪系统为对象,在水文、河道及湖盆地形现状条件下,建立了一个能适应各种复杂条件的一二维非恒定流模型,来进行长江干流、河网、湖泊、分蓄洪区垸及水库的洪水演进和调度仿真.所建模型的洞庭湖部分采用无结构网格二维非恒定有限体积格式,以适应湖区复杂的边界形状和保持水量平衡.河网区部分采用一维非恒定流显隐结合的分块三级算法,以准确实现河网汊点流量的自动分配和往复流动.为了提高模拟精度和扩展模拟功能,在水流数值模拟的范围内侧重讨论了内外动边界处理、分蓄洪运用及阻力项计算等环节,提出了合理可行的数值处理方法.采用20世纪80年代至90年代共6年汛期洪水资料对所建模型进行了严格的率定和检验,高精度的模拟结果证实了模型的合理性和有效性.     

平面二维泥石流数值模拟方法的探讨

本文提出了泥石流二维平面流动方程组，基于研究泥石流堆积泛滥的流速与泥深分布图像的构思，笔者应用有限差法进行了数值解，其计算结果与实测结果基本吻合。     

冰湖溃决洪水的二维水动力学数值模拟

为分析冰湖溃决洪水过程,建立了一个二维非恒定流数值模型,可以定量的开展冰湖溃决洪水预测.数值模型的基本控制方程采用二维浅水水流方程,数值方法采用可以捕捉激波的WAF TVD二阶精度格式,并用非界面追踪的方法处理干湿边界.通过理想情况下一维解析解的验证和二维复杂地形情况的数值试验,证明数值模型具有较好的精度和可靠性,并且可以适应复杂地形.将数值模型应用于一个典型的冰湖溃决事件,定量地预估了该冰湖溃决洪水过程,结果表明:水流流速很高,床面剪切应力很大,可能诱发活跃的泥沙运动,形成泥石流灾害.     

河网水力数值模拟的追赶法模型的应用

以Saint-Venant方程组为基础,介绍了按Preissmann加权四点隐式格式进行离散得线性代数方程组的追赶法模型,在汀江上杭河段洪水演算中应用,获得了令人满意的成果.该算法简单明了,易编通用程序,而且计算的舍入误差小和数值稳定性好,可有较好的开发应用前景.     

基于CFD-DEM的非球形颗粒水力输送数值模拟

砂土等常见岩土颗粒系统在高速流动状态下具有显著的非稳态特征,其剪切速度分布与速度波动特征等均表现出显著的随机性。但目前颗粒系统细观特征对其宏观流动参数的影响尚不明确,针对岩土颗粒流动过程随机性特征参数的研究亟待加强。本文通过离散元环剪单元实验模拟,捕捉不同形状颗粒系统高速剪切流动过程中的宏微观特征。研究结果表明：(1)颗粒形状对系统宏观剪应力有较为显著的影响。颗粒长细比越大,其残余剪应力越大;(2)颗粒系统速度波动的空间分布同时受到剪切速度与边界效应两方面的影响。剪切速度越大,速度波动越大。边界对于颗粒速度波动具有一定的约束效应;(3)颗粒形状对系统速度波动大小有显著影响。颗粒越细长,微观速度波动越小;(4)形状特征对颗粒系统细观接触特征有显著影响。颗粒越细长,其平均配位数越大,出现较大粒间接触力的概率越小。

     

表镶大颗粒人造金刚石钻头受力及水力学数值模拟研究

人造大颗粒金刚石技术的不断发展,使得利用其制造表镶金刚石钻头在技术上及经济上均变得可行。本文对φ75 mm表镶人造金刚石钻头的受力、流场与温度场进行了数值模拟,结果表明：金刚石颗粒在高钻压无钻井液循环的条件下极易发生碳化;在钻井液冷却作用下,钻头旋转一圈0.08 s,钻头体会在0.006 s之内冷却;同时水力空化作用与钻井液中固相颗粒对钻头体的冲蚀作用明显;金刚石颗粒内存在较大微裂纹时,金刚石会在小于其许用应力条件下发生破坏。通过对比分析,表镶金刚石钻头的最外侧与最内侧水口处的金刚石较易发生破坏,在设计与制造钻头时应进行强化。     

黄河倒灌渭河的数值模拟

根据渭河下游河道水沙及河床演变特性,提出了黄河倒灌渭河的数学模型.该模型不仅适用于黄河倒灌渭河时渭河下游河道水位、流量、含沙量及河床淤积的数值模拟,也适用于其它双向水流及干支流交汇或分流河段的水沙计算.验证计算表明,该模型能较好地反映黄河倒灌渭河时渭河下游水文泥沙因素变化.     

山区型河道一维水力数值模拟糙率确定方法

糙率参数取值是河道水流一维数值模拟的关键技术。山区型河道因河势变化急剧而产生的局部阻力对水流流态影响较大。根据山区型河道的水力特性，提出了综合反映子河段内河底切力及局部阻力的综合糙率的确定方法，并通过算例对该方法进行了测试，取得了预期的效果。该方法使得水流一维数值模拟时的计算子河段划分趋于方便，同时对于缺少历史观测资料的河道糙率参数的确定，提供了一种新的方法。     

地下水-地表水耦合模拟中下垫面影响初探

本文针对下垫面对地表径流形成与运动的影响进行分析,通过洼地储水量和消减储水量的概念对下垫面的影响进行评价,将下垫面的影响以地表孔隙度的形式表现在地表径流运动方程中,并推导出洼地储水高度和消减储水高度与地表孔隙度和径流深度的关系式,且对参数的获取进行了探讨,最后对大、小凌河扇地的下垫面条件进行了分析与评价.     

叶尔羌河流域裸地潜水蒸发的数值模拟研究

利用地表能量平衡原理、微气象学以及土壤水热迁移理论建立了潜水蒸发模型,并采用全隐式有限差分格式进行求解。在求解过程中,对土壤热运动方程的上边界采用了第三类边界条件,同时采用自动调节步长等方法,增加了数值计算的稳定性,提高了计算速度。用本计算模型模拟了1994年5月份新疆叶尔羌河流域地下水均衡场的裸地潜水蒸发过程,并与当地的试验资料进行了比较分析,结果表明,采用的计算模型和方法可以进行较长时间内裸地的潜水蒸发估算。     

三峡大坝至葛洲坝间沿程水污染一维预测模拟

长江三峡水利枢纽建成并投入运行后,三峡大坝至葛洲坝河段的水流及污染物运动规律将发生变化,从而对该河段水域的水环境质量产生影响.根据两坝间的水文及水质特性,建立了两坝间一维水量水质模型,可用以预测大坝建成后两坝间水量、水质及水环境容量的变化,为该水域的污染控制及水环境管理提供决策支持.     

数值模拟在配水改善河道水质中的应用

MIKE11模型广泛应用于河流及河网的水流、水质数值模拟。为了研究最经济可行的配水改善河道水质的方式,结合上塘河配水试验建立MIKE11水动力及水质模型,通过分析不同配水方式、配水时间、配水量的情况下水质改善的效果,提出了上塘河最佳配水方案为日常开机2台、每天12h配水。对该方案进行实况配水验证的结果表明,实际效果与研究结论吻合。     

邹城市唐村-西龙河水源地岩溶水资源数值模拟

邹城市唐村—西龙河水源地位于郭里集单斜东缘。该单斜区已建有多个水源地,目前处于一种供稍大于求的弱平衡状态,正确评价唐村—西龙河新建水源地开采量十分重要。在深入分析研究区及周边水文地质条件基础上,分别按照平水年和枯水年设置开采方案,采用Visual MODFLOW地下水流数值模拟模型软件,对唐村—西龙河水源地岩溶水资源进行了精细的数值模拟,经模型识别和检验之后,对水源地岩溶地下水可开采量作出了评价,通过分析比较,选定了方案三。在水位约束评价时,考虑了实际存在的“井损”问题,因而,评价结果更趋于客观、实际。模拟结果可以作为水源地岩溶地下水可开采量的依据。     

利用WASP模型和GIS可视化集成的水质监测与模拟——以渭河为例

近年来,随着经济发展大量工业和生活污水的大量排放,严重的影响了河流水质状况,作为黄河主要支流的渭河流域更是如此.根据渭河下游水环境特性,选取化学需氧量(COD)作为水质模拟因子,采用WASP水质模型对渭河下游水质进行监测和模拟,将GIS集成到WASP水质模拟中同时利用外联式集成利用GIS对渭河下游水质的时空变化特征进行...