感潮河段盐水入侵的河口水质模型

盐潮入侵将严重影响内河水质。本文考虑强混合型河口潮汐的特点,采用同步不同格式对河口盐潮入侵问题的流场及浓度场进行数值计算。采用欧拉-拉格朗日混合解法将对流-扩散方程中的扩散项和对流项分裂求解,应用高精度时间序列插值的特征差分隐格式求解对流项,扩散项采用传统的有限差分法。在汊口处,将描述河网汊口水质变化的三维对流扩散方程在汊口控制体体积积分,变量间的插值分布采用Panankar提出的幂函数,得到新的汊口离散方程。计算与实测结果比较表明,本文提出的方法有效可行。     

感潮河段盐水入侵的水质模型

盐潮入侵严重影响内河水质。盐度的纵向分布受制于上游径流和海洋潮汐，其水动力学特性非常复杂。数值求解不恒定盐度入侵，主要困难在于对流占优时对纯对流算子的恰当处理，否则将会产生严重的数值耗散和伪振荡等非物理效应。考虑到强混合型河口潮汐的特点，本文采用同步不同格式对盐潮入侵问题的流场及浓度场进行了数值计算。采用欧拉—拉格朗日混合解法（ELM），将对流—扩散方程中的扩散项和对流项分裂求解，应用高精度时间序列插值的特征差分隐格式求解对流项，扩散项采用传统的有限差分法。在汊口处，将描述河网汊口水质变化的三维对流扩散方程在汊口控制体积积分，变量间的插值分布采用Panankar提出的幂函数，得到新的汊口离散方程。计算与实测结果比较表明，本文提出的方法有效可行。     

扩散作用对静水湖泊水质浓度空间分布的影响

根据水域开阔的中小型浅水湖泊的水动力特征,建立了加入扩散项的湖泊移流模式,分析了污染物对流输移、降解作用、扩散作用对污染物浓度空间分布的影响。研究发现:在静风条件下,对流输移、降解作用是湖泊水质浓度空间分布的主要影响因素,扩散作用对湖泊水质浓度空间分布的影响居次要地位。但当排污流量较小且污染物浓度较高时,扩散作用对预测结果有一定的影响。在进行湖泊水质空间分布精确预测时,应综合考虑对流输移、降解及扩散作用等因素的综合影响。     

对流方程解的高价数值格式

本文对经典对流方程的数值解建立了一个高阶数值格式。原理是在特征线脚所在网格的两个基点上建立5阶插值多项式,此多项式考虑了一阶导数的对流和两阶导数的嵌入,进而使数值格式的截断误差可达近6阶。理论分析和模拟单波对流输移验算结果表明,此格式比Holly-Preissmann方法具有更高的精度。     

平面二维对流输移问题新解

在普适性好的三角形网格上，针对平面二维非恒定对流输移方程解，本文提出一个准三阶精度的数值方法。其 原理是沿着双特征线将二维对流经成特征关系，确定了任意时刻空间两点上待定解的解切关系，并利用三角面元顶点函数和导数值，解了作三角面元的中点约束，建立一个受限制的三次爱尔米特插值多项系，据此完成待求函数的数值解。     

基于FVCOM模式的温排水三维数值模拟研究

为反映河口海湾温排水所具有三维结构特征,在基于三维非结构有限体积海岸和海洋模型(FVCOM 2004版)建立的三维潮流数值模型基础上,采用类似的有限体积法开发了一个三维温排水对流扩散模型用于模拟近岸海域温排水的扩散输运过程,并应用该模型对象山港内某滨海电厂的温排水进行了计算,模拟得到了温排水对流扩散过程的三维分布特征,即电厂冷却水温排放后,温差所产生的浮力效应使温排水趋于海水上层输移,海水上层温升与深层温升存在明显的垂向差异.     

水面有限长油膜下油滴浓度分布及其污染带的数值计算

本文在分析了围油栏上、下游水下油滴形成、输移扩散和上浮特征后,给出油滴输移扩散方程合理的求解条件,建立了四点差分格式,进行了数值计算和验证.按照正交试验表 L8(25) 进行了数值试验.经正交直观分析,采用因次分析和曲线拟合方法得到油滴污染带深度 (hmax)、相应点纵向坐标 (xc) 和反映下游 x＞L 时水面油浓度变化规律的参数 (α,n) 的经验公式.     

三维水动力泥沙输移模型及其在珠江口的应用

为研究河口的泥沙输移规律和最大浑浊带与盐水入侵、咸淡水混合等的关系，本文提出了具有二阶精度、建立在9结点有限单元上的三维水动力及泥沙输移模型，该模型考虑了由水平密度梯度引起的斜压项、引用2．5阶Mellor-Yamada紊流模型耦合计算水流的涡动黏滞性系数与物质的紊动扩散系数。本模型采用破开算子法求解控制方程：用欧拉-拉格朗日法求解水平对流项；用有限元法求解水平扩散项；有限差分法求解垂向扩散项。模型应用于模拟珠江口的泥沙运动，计算域包括整个河口的八大口门，用1998年7月的洪季大潮实测资料进行了潮位、流速及流向、盐度及含沙量等的验证，模型计算结果与实测结果吻合良好。在模型验证的基础上，文中简要讨论了珠江河口的泥沙输移、盐水入侵及最大浑浊带等物理现象。     

对流-反应汇方程特征积分有限差数值解法

求物质对流扩散并具有源或汇作用的经典方程的整体数值解是比较困难的,目前多数采用分步求解的办法.本文在前人工作的基础上发展了特征积分有限差求解方法,这种方法能给出方程的整体数值解.文中仅就无扩散情形下对基本方程的解作了介绍,以表明解法的基本思想,同时,在简单的边界条件下,用所介绍的方法对所提问题进行了数值计算,并与解析解和分步求解法作了比较,结果表明,特征积分有限差解法能给出较好的结果.     

非线性Stokes波浪场中污染物输移扩散研究

本文讨论了二阶Stokes非线性波浪作用下流体微团的平动和变形对污染物输移及混合扩散的影响,推导了相关公式,得出了波浪场作用下污染物输移及混合扩散的基本规律,为进一步研究波浪场中的纵向离散系数提供了一定的理论依据。建立了基于有限元方法(FEM)的对流扩散数学模型．对理论推导的结果进行了验证。研究结果表明：在非线性波浪场中．污染物的混合扩散除了受漂移速度影响外,具有明显各向异性的特征。     

平面二维溃坝水沙输移动床数学模型研究

为数值模拟溃坝洪水作用下泥沙输移及河床变形，建立了无结构三角形网格的平面二维水沙耦合数学模型。水动力学模型采用浑水流动方程，考虑了泥沙输移及床面冲淤变化对动量的影响；泥沙输移采用不平衡泥沙对流扩散方程描述。模型数值计算格式采用有限体积法，单元界面的对流通量采用基于近似黎曼解的Roe格式计算，扩散通量采用中心格式，不平衡泥沙输移方程采用坡度限制的二阶空间精度格式离散。模型经经典算例和小尺度瞬间全溃的动床实验资料检验，水面、床面及流速等计算结果与实验资料或解析解等比较吻合。在上述检验的基础上，分别采用动床及定床模型对浙江省某河道型水库溃坝诱发的水沙运动进行了数值模拟，结果表明动床下的溃坝洪水的传播速度快于定床，动床与定床的水位、流速差异很大，这说明溃坝洪水下水流、泥沙及河床变形发生强烈的相互作用，采用水沙及河床变形耦合的数学模型是必要的。     

考虑涌潮作用的钱塘江二维泥沙输移数值模拟

钱塘江涌潮前后水位、流速和含沙量等物理量存在突变,给数值模拟带来了很大的困难,常规的数值模型往往不能准确模拟涌潮作用下的泥沙输移。在已建立的二维涌潮数值模型的基础上,应用基于准确Riemann解的Godunov格式建立了二维泥沙数值模型,模型首先检验了纯对流问题,然后模拟了钱塘江涌潮作用下的泥沙输移,计算结果反映了涌潮到达时刻含沙量的突变过程以及涌潮对泥沙输移的影响,揭示了钱塘江河口高含沙区的成因,以及涌潮是钱塘江河口大冲大淤的机理之一。     

考虑涌潮作用的钱塘江二维泥沙输移数值模拟

钱塘江涌潮前后水位、流速和含沙量等物理量存在突变，给数值模拟带来了很大的困难，传统的数值模型往往不能准确模拟涌潮作用下的泥沙输移。在已建立的二维涌潮数值模型的基础上，应用基于准确Riemann解的Godunov格式建立了二维泥沙数值模型，模型首先检验了纯对流问题，然后模拟了钱塘江涌潮作用下的泥沙输移，计算结果反映了涌潮到达时刻含沙量的突变过程以及涌潮对泥沙输移的影响，揭示了钱塘江河口高含沙量区成因，以及涌潮是钱塘江河口大冲大淤的机理之一。     

一维对流扩散方程的随机数值解

本文首先采用对流迎风格式提出一维对流扩散方程的随机数值解法及随机游动模型，在此基础上给出了一维对流扩散方程的拉格朗日质点跟踪解法。     

剖面二维悬移质泥沙输移方程的分步解法

利用空间概念上的分步法,对剖面二维悬移质泥沙 输移方程,提出两种不同的计算格式。通过比较分析后认为：在对流项较弱时,可采用隐格 式计算;在对流项占优时,为消除解的振荡,应采用显隐混合格式。另外,还利用实测资料 验证了上述计算格式。     

物质输移方程解的数值方法^＊

本文探讨了经典的物质对流反应汇方程的整体数值解,文内给出的数值格式能适应于求解对流和反应汇较强的物质输移问题,且有计算步长大的特点.     

基于三角形网格的浅水间断流动泥沙输移数值模拟

浅水间断流动条件下泥沙输移具有广阔的工程应用背景.采用基于准确Riemann解的Godunov格式求解法向数值通量,应用干底Riemann解计算动边界问题,建立了基于无结构三角形网格空间二阶精度的二维水流和泥沙输移有限体积法数值模型.模型在纯对流问题检验的基础上,模拟了孤立波在滩面上传播变形以及对圆柱周围的局部冲刷,复演了孤立波变形后流场和泥沙场突变的过程,并且圆柱周围局部冲刷坑计算结果与实验基本吻合.     

二维稳态对流-扩散方程参数反演的迭代算法

利用有限元法求解了二维稳态对流—扩散方程,并利用迭代法对二维稳态对流—扩散方程参数反演进行了研究,得出了此类反问题的数值解法。数值模拟结果表明,此方法在求解二维稳态对流—扩散方程参数反演问题时是可行的也是有效的。     

二维感潮河流污染计算的分裂特征线解法

本文提出的分裂特征线解法，主要用于二维感潮河段的污染计算，为水环境规划提出依据，污染计算实际上是对流扩散方程的数值解法，文中除介绍了分裂特征线解法的计算过程外，还介绍了收敛性，稳定性分析的结论，既有定量的研究，也有定性的讨论，文中所介绍的工程计算实例，验证了方法的准确性，编制的软件已用于我国长江，鸭绿江等河流的水质预测和规划。     

河道平面二维水流数值计算

本文应用破开算子法原理,将平面二维不恒定流基本方程按不同的物理意义破成对流、扩散和传播三个子方程。对对流方程,提出了基于特征线法的迭代解法,对扩散和传播方程,在局部区域内推演出同一形式的带源泊松方程,引入有限分析法求解,同时,利用边界对称点法,对河道二维计算中较困难的不规则边界计算问题作了较好的处理。