有限分析法在浅水湖泊水流水质计算中的应用

根据有限分析法能准确地模拟对流效应和有效消除伪数值扩散等特点，求解了流函涡量方程，以滇池为例，模拟计算了湖泊在有风条件下的流场，浓度场，计算结果与实测情况吻合较好。     

平面二维水流泥沙数值模拟

基于三角形网格划分,采用有限元方法,建立了河道平面二维水流泥沙数学模型。采用质量集中的简化处理和预估校正的时间推进算法,较好地解决了有限元计算存储量和计算速度问题。以空腔流和突扩段两种情况为例对模型进行了检验计算,结果表明,模型能较好地模拟河道水流泥沙运动及河床变形情况,且计算稳定性好、速度快、精度较高。     

平面二维水流-水质有限体积法及黎曼近似解模型

根据研究工程、工业废水及生活污水的水环境影响的需要,提出一个平面二维水流-水质有限体积法及黎曼近似解模型。在无结构网格上对偏微分方程进行有限体积的积分离散,把二维问题转化为一系列局部的一维问题进行求解,模型具备有限单元法及有限差分法两者的优点。由于模型采用黎曼近似解计算水量、动量及污染物输运等通量,不仅提高了数值模拟的精度,而且能模拟包括恒定、非恒定或急流、缓流等水流-水质状态。应用若干理想条件下的精确解对模型精度进行了检验,并结合汉江中下游的水质问题验证了模型的实际应用能力。模型计算结果与精确解拟合极好,与汉江中下游实测的污染分布带也相当吻合,为中线南水北调对汉江中下游水质的影响评价提供了依据。     

通量差分裂格式的二维水流水质计算的适用性分析

将通量差分裂(FDS)格式应用于二维水流水质数值模拟中.应用若干理想条件下的简化模型对格式的计算精度进行分析,结果表明:FDS格式不仅能高精度地模拟浓度梯度较缓的污染物稳定排放情况,且其二阶格式能高分辨率捕俘水质间断,与理论值吻合很好,说明FDS二阶格式能高精度地计算污染物间断排放引起的大浓度梯度或水质突跃情况.该格式在长江南通江段水环境数值模拟中的应用验证了它的实际应用能力.     

通用河网二维水流模拟模式研究

通过对流域河网二维水流模拟问题的分析,提出了一个通用化的河网二维模拟概化模式,该模式将河网二维概化为"树状"河道计算单元、"环状"河道计算单元、"十字型"河道计算单元等河网二维基本单元,对这些河道计算单元的求解,构建流域型河网一二维耦合模式的求解模型,并由此建立了通用化的河网二维水流数学模型软件系统。通过"树状"河道二维计算单元求解模型的推导与实现,验证了概化模式的可行性,表明该思路可以应用于大型流域河网一、二维水流模拟,具有很好的应用推广价值。     

通量向量分裂格式的二维水流-水质模拟

在有限体积法框架下应用通量向量分裂(FVS)格式进行平面二维水流 水质模拟。通过对偏微分方程进行有限体积的积分离散、利用通量的旋转不变性,把二维问题转化为一系列局部的一维问题进行求解,采用FVS格式计算各跨单元边界的水量、动量及污染物输运等通量。应用该格式计算了理想条件下的浓度输移,其结果与精确解拟合很好;模拟了长江江苏靖江段的水质及污染带,计算结果与水质监测值相当吻合,为长江江苏干流段水质评价提供了科学依据。     

明渠交汇水流阻力对平面二维数值模拟的影响

与顺直明渠水流相比,明渠交汇水流由于存在分离区和自由剪切面,其紊动特性引起的阻力较为复杂,交汇水流除床面阻力外还受到较强的阻力。基于数值模拟与实验比较分析表明,分离流与自由剪切流所产生的阻力(紊动粘性阻力)对于交汇水流数值模拟具有重要影响。同时,由于平面二维模型对二次流影响的忽略,断面环流较强时数值模拟会产生较大的阻力(环流阻力),而断面环流较弱时,交汇水流的三维特性相对较弱,采用平面二维模型和k-ε紊流模型能达到较好的模拟效果。因此,紊动及环流阻力的计算对交汇水流数值模拟的精度至关重要。     

浅水湖泊风生流的迎风有限元数值模型研究

从控制方程组出发,以Galerkin有限元法为基础,引入沿流线加权的权函数(沿流线加权的迎风有限元法)和选择性集中系数矩阵方法,推导、建立了一适合于浅水湖泊风生流计算的二维迎风有限元数值模型。并以太湖为例,对模型作了检验,分析了均匀、定常风场持续作用下太湖风生流场的形态特征。     

SWMS二维地表水水流和溶质运移模型系统 GWMS三维地下水水流和溶质运移模型系统

中国水利水电科学研究院开发研制了地表水和地下水资源评价系列应用软件。全部软件基于Windows环境，完全可视化操作界面。软件系统适合于各类水体环境、地下水源地或区域地下水资源评价和预测预报。软件实用高效，在国内已拥有众多用户，并得到用户一致好评。     

SWMS二维地表水水流和溶质运移模型系统 GWMS三维地下水水流和溶质运移模型系统

中国水利水电科学研究院开发研制了地表水和地下水资源评价系列应用软件，全部软件基于Windows环境，完全可视化操作界面。软件系统适合于各类水体环境，地下水源地或区域地下水资源评价和预测预报。软件实用高效，在国内已拥有众多用户．并得到用户一致好评。     

二维水动力模型的并行计算研究

建立了二维水动力并行模型;针对MPI不能实现进程迁移现状,自主开发了并行通讯平台,平台机群负载平衡采用基于蚁群算法的人工智能算法,并根据模型需要制定了相关通讯协议;对长江内江段进行数值模拟,结果表明当网格数一定时,存在一最优客户端数,当客户端数小于最优客户端数时,并行算法所需时间小于串行算法时间,并随着客户端数增加,所需时间也逐渐减少;反之,所需时间则逐渐增大。     

高盐度湖泊艾比湖风生流三维数值模拟

根据高盐度湖泊水动力特征,以西北咸水湖泊艾比湖为例,建立三维水动力数学模型。选取典型风场,分析风力作用下的高盐度湖泊风生流形成过程以及风生流水动力参数的三维空间分布特征。结果表明,艾比湖风生流形成在时间上可分为湖水流向和风向一致阶段、湖水运动方向逐渐偏离风向的过渡阶段及环流形成的稳定阶段等3个阶段。当流场达到稳定状态时,表层水体除中部存在若干小尺度环流外,大部分水域流向与风向基本一致;而湖泊中心区域底层水体流向与表层水体的流向大致相反,表现为很明显的补偿流。总体上,水平方向的流速自表层向下呈现递减的变化趋势,岸边流速大于中心流速,表现出与淡水湖泊基本相似的水动力空间分布特征。水体盐度增加对湖泊环流结构无影响。     

Effects of calculation procedure and sampling site on trap method estimates of sediment resuspension in a shallow lake

Resuspension estimates given by two different trap methods in a shallow lake were compared. The sensitivity of the methods to errors in estimates of gross sedimentation and organic fraction of trapped material was explored. The methods were label method, in which resuspension is estimated by determining the organic fraction of surface sediment, suspended seston and trapped material, and SPIM/SPM method, where the relationship between settling particulate inorganic matter (SPIM) and total settling particulate matter (SPM) is used. During the whole 111 day study period, according to the label method, at a sheltered station 1949 g m⁻² dry weight of sediment was resuspended, whereas SPIM/SPM gave an estimate of 1815 g m⁻². The difference in the estimates was probably due to mineralization loss of organic material in the traps during the two week exposure periods. Sensitivity analysis showed that of the two methods, the label method was more sensitive to variations in the organic content of trapped material. At a wind-exposed station, the total amounts of resuspended matter given by the label method and by the SPIM/SPM method were 4966 g m⁻² and 4971 g m⁻², respectively. Due to wind effects, escape of trapped material took place, which caused underestimation of gross sedimentation and compensated the effects of mineralization loss to diminish the difference between the methods. Of the two methods, the SPIM/SPM method seems thus more suitable for lakes, where bacterial activity is high. If cyanobacterial blooms take place, the label method is probably more reliable, providing that the exposure time of sediment traps is kept adequately short.     

长江中游瓦口子至马家咀河段二维水沙数学模型

针对长江中游瓦口子至马家咀河段(弯曲分汊河段)的水沙运动特点,给出了二维水沙数学模型尤其是推移质不平衡输沙计算的模式,主要包括推移质不平衡输沙方程、床沙级配方程、河床变形方程;对模型中的几个关键问题提出了处理方法,如非均匀沙起动及输移规律、床面混合层厚度等.利用大量的水流及河床变形资料,率定了模型的一些参数,进行了水面线、流速分布及河床变形的详细验证.在此基础上,根据设计部门提供的进出口水沙边界条件,预测了三峡工程蓄水初期该河段的冲淤过程与分布及航道条件的变化.     

正交曲线坐标系二维浅水方程ELADI有限差分方法

N-S方程数值模拟的精度和效率一直是计算流体力学的重要研究课题.结合欧拉-拉格朗日方法(ELM)和交替方向隐式方法( ADI)建立正交曲线坐标系二维浅水方程的ELADI (Eulerian-Lagrangian alternating direction implicit method)有限差分方法,详细阐述了基本原理...     

三角形网格下求解二维浅水方程的和谐Godunov格式

为保证计算格式的和谐性,通过特殊的底坡源项处理技术,在三角形网格上建立了求解二维浅水流动方程的具有空间二阶精度的Godunov格式。应用准确Riemann解求解法向数值通量,用改正的干底Riemann解处理动边界问题。经典型算例和钱塘江河口涌潮计算验证,表明模型健全,分辨率高,具有较大的推广应用价值。     

浅埋煤层地表厚砂土层“拱梁”结构模型研究

西部地区拥有储量最大的浅埋煤田,煤层顶板主要特点是基岩薄,地表为厚砂土层。浅埋煤层采动后,上覆岩层垮落运动将直接波及地表厚砂土层,引起采场强烈来压及地表塌陷等灾害。通过物理模拟试验,揭示了厚砂土层贯通地表裂缝的形成和发展规律,发现地表厚砂土层初次垮落的“拱梁”和周期垮落的“弧形岩柱”结构。通过建立厚砂土层“拱梁”结构数学模型,得出了“拱梁”内的应力分量,并给出了厚砂土层破裂的判据和出现拉裂缝的位置,为确定周期性“弧形岩柱”的有关参数提供了依据,为工作面顶板压力控制和地表塌陷的分析提供了基础。     

环状河道二维浅水流动的全隐数值求解方法

基于通用河网二维水流模式,采用全隐式矩阵追赶与回代技术,提出了环状河道单元二维数值模拟的通用模型。该模型仿照一维河网的建模方法,通过建立节点水位方程组,能方便地实现全流域二维河网或者一二维河网的隐式耦合求解。通过对长江下游南京八卦洲段分汊河道的数值模拟,表明该方法精度较高,切实有效,能满足实际工程的需要。     

广北地区沙四段滨浅湖微相的垂向演化及其地震相解释

笔者通过关键井的岩性、测井相和地震相的研究,认为东营凹陷广北地区的下第三系沙四段为滨湖亚相的砂坝、砂泥混合滩、泥滩等微相以及浅湖亚相的远砂坝、席状砂、浅湖泥等微相构成的滨浅湖沉积体系;由老到新的垂向上沉积演化为浅湖亚相(ES₄⁶)-滨湖亚相(ES₄³,ES₄⁴,ES₄⁵)-浅湖亚相(ES₄¹,ES₄²),反映出水进-水退-水进的沉积旋回。通过地震剖面的对比和地震相的解释,建立了各沉积微相与地震相的对应关系。探讨不同沉积微相砂体中油气的富集规律。     

长春市南湖叶绿素a浓度高光谱估测模型研究

利用野外高光谱仪(ASD Field Spec radiometer)在长春南湖进行了反射光谱测量和同步水质采样分析,通过研究水体藻类叶绿素a浓度与其高光谱反射特征之间的相关关系,采用单波段反射率、反射率比值法和一阶微分法分别建立了叶绿素a的高光谱定量模型。结果表明:三者与叶绿素a线性相关程度都比较高,决定系数在0.70左右,而且其显著水平P<0.01,都可以用于叶绿素a的定量遥感,其中单波段模型效果最好。为今后利用高光谱传感器在南湖进行叶绿素a浓度大面积遥感反演提供了研究基础。