实时动态耦合模型及其在洪水风险图中的应用

将水力学的一维模型和二维模型实时动态耦合,可以解决溃堤、漫堤等洪水演进问题. 但传统的一维和 二维洪水演进模型通常是独立的模块,且模拟计算所花时间较长,结果也不够准确. 把独立的一维和二维模型 通过时间同步和空间耦合节点的对应关系,建立了一、二维实时动态耦合模型. 利用干水深和湿水深理论,改进 了传统的洪水演进模型. 采用该模型模拟了谷堆圩蓄滞洪区的溃堤洪水演进情况,通过历史洪水对模型进行了 验证,基于模拟结果绘制了规范的洪水风险图. 结果表明:一、二维水动力实时动态耦合模型在模拟溃堤洪水 时,模拟计算结果较传统的方法更为合理,且花费时间更少.     

太湖梅梁湾、贡湖套网格风生流数值模拟

对太湖梅梁湖、贡湖湖流进行套网格数值模拟。根据1998年8月太湖富营养化水质监测水文物理资料,绘制出梅梁湖、贡湖各站点位置分布图和其流速大小和方向。模拟计算与实测结果吻合较好,证明其套网格数值模型的建立是合理和有效的。分析结果表明,太湖各水域流速相差很大,近岸区域流速高于远岸区域,存在明显的近岸流。但流速值不大,即梅梁湖、贡湖和大太湖的水体交换量不大,通过流场分布可初步判断污染物质在水体中的扩散与迁移情况。     

河道温度及浓度场的平面二维数值模拟

 立了河道水流、温度及浓度输运的水深平均平面二维数值模拟模型，由模拟水流、温度及浓度和紊流3个子模型组成。该模型在计算定解条件 模型参系数取值、河道岸边界和动边界模拟以及水流自动调整计算思想等方面进行了适用可行的处理。应用该模型进行了试验室空腔水槽温度和含沙量场以及长江口南支河段温排水及盐水入侵的数值模拟计算，证明了模型的可行性和适用性。     

汾河下游河道二维水流模拟

采用深度平均的二维水流模型,对汾河下游流速、水深进行了数值模拟,得到的水位、流量与实测资料基本一致,验证了该模型对河道进行二维数值模拟的可行性,然后利用该模型对河道水力参数进行了模拟计算,结果表明:不同时段的河道流速、水深等水力指标均能满足水生生物的生长要求。     

扩散限制凝聚过程的凝聚体分形特征研究

利用多分散团簇—团簇凝聚模型,模拟了扩散限制条件下的凝聚过程,对生成的小粒度凝聚体的特征参数进行了研究。结果表明:凝聚体的回转半径与包裹半径随粒度的增加表现出近似一致的幂律变化趋势,但当模拟初始颗粒浓度接近和超过0.03时,二者会偏离分形标度,向更小值的方向发展,说明凝聚体形态结构对浓度的依赖性与凝聚体粒度无关。得到的二维凝聚体分形维数理论值为1.45。     

基于间断有限元方法的二维悬沙数值模型的建立

基于间断有限元法建立了具有二阶精度的非结构化网格二维悬沙数值模型。矩形浓度场理想算例模拟结果表明,模型具有捕捉浓度间断的能力。在此基础之上,进一步模拟了水槽中泥沙冲刷和输移过程,模拟结果表明,数值解与实测值吻合程度较好,模型可以较好描述二维悬沙运动。     

恩县洼蓄滞洪区洪水演进数值模拟

为研究恩县洼蓄滞洪区洪水演进过程,采用EFDC模型根据蓄滞洪区内不同地形条件对该区域进行二维数值模拟计算。在模拟时采取了两种不同方案进行对比模拟,通过对方案模拟结果比较分析,表明蓄滞洪区出流量大小对洪水演进影响很大,同时也表明EFDC模型模拟二维洪水演进效果较好,可为蓄滞洪区防洪减灾等提供技术支持和研究方法。     

改进的二维水质模型在区域水质时空模拟中的应用研究

本文结合地理空间要素插值方法对传统二维水质模型进行改进,并将改进的二维水质模型用于辽宁东部区域河流水质时空模拟研究中。研究结果表明:改进的二维水质模型更能准确反映区域水体连续性特征,在区域各监测点水质年尺度氨氮预测精度明显好于传统模型,氨氮预测误差相对值分别减少7.4%和16.4%,相关度提高0.3~0.34。改进模型季尺度水质预测值均可通过置信度为95%的F检验,在夏季和秋季氨氮溶度高值区主要位于区域河流中部,而在冬季和春季区域氨氮溶度高值区明显减少,并逐步向下游扩散。研究成果对于区域水质二维模拟提供方法参考。     

基于水动力模型的水库溢洪道水流演进分析

采用二维水动力数学模型对某中型水库拟建溢洪道内的水流流态进行数值模拟,并利用设计方案中的成果进行模型计算结果复核,验证了该模型对溢洪道进行二维水动力数值模拟的可行性,然后利用该水动力模型对不同泄流工况下的溢洪道内水力要素进行了模拟计算,为溢洪道的设计方案优化提供数据支撑,并对溢洪道的防冲措施及下游跨河大桥的防洪安全提出建议。     

基于细胞自动机的城市洪水模拟及风险分析

在城市化的快速发展和极端暴雨天气频发背景下,世界很多城市遭遇暴雨内涝侵袭。而城市洪水模拟计算呈现出计算范围大、模拟精度高等特点,对模型要求越来越高。本文选取英国伦敦为研究区域,采用基于细胞自动机的二维洪水模型CADDIES-2D进行洪水模拟,并采用基于情景模拟的方法评估了伦敦Waterloo区域洪水风险。结果表明,基于细胞自动机的二维洪水模型CADDIES-2D计算效率高,具有较高的实用性和有效性,可用于城市洪水风险分析,提高城市防灾减灾水平。     

前缘倒圆角方柱绕流的大涡模拟

该文基于FLUENT软件采用大涡模拟方法对前缘倒圆角方柱绕流的气动特性进行数值研究。首先分析网格质量对二维大涡模拟结果准确度的影响,得出适用于钝体绕流大涡模拟计算的网格标准;然后对比二维和三维大涡模拟计算的升阻力系数、脱落涡频率、回流区长度和瞬态流场旋涡结构,以及尾迹速度分布,并与实验结果对比。最后得到二维和三维大涡模拟方法在钝体绕流非定常特性研究中的适用性。结果表明:二维和三维大涡模拟均能捕捉流场中大尺度旋涡结构,预测的脱落涡频率与实验偏差均小于0.4%;三维大涡模拟结果相比于二维大涡模拟与实验结果更加吻合。     

二维地表水动力模型与SWMM耦合研究及应用

在高性能高分辨率的二维地表水动力模型基础上,将SWMM模型模拟得到的地下管网节点溢流情况,作为二维地表模型的源汇项,耦合地表二维水动力模型与地下管网模型,对城市暴雨内涝进行模拟。结果表明:该方法无时间尺度问题、数据交换方便,易于实现地表二维水动力模型和地下管网模型的耦合,模拟结果准确。     

水文及水力学数学模型

在二维水流数学模型的基础上,研究开发了将模型区内的陆面区和水面区的产汇流与模型区入流洪水演进有机结合的水文水力学模型。该模型采用全区水域智能自动跟踪识别技术,解决了模型区内交替出现的陆域与水域的区分问题,在此基础上考虑了模型区内水面区与陆面区的产、汇流特征,提出了处理模型区产汇流问题一种行之有效的方法,提高了模拟计算的精度。通过对南水北调中线总干渠左岸区域洪水的数值模拟,结果表明,计算值与实测调查值吻合较好,具有较高的计算精度。     

基于动态实时监测数据的水污染模拟分析系统研究

以水污染应急事件中的水污染模拟分析为研究对象,从数据的采集、传输、模拟分析、应用等多层次出发,采用WebGIS为核心技术,建立了二维网络地理环境下的水污染模拟仿真决策支持系统。该系统重点研究了互联网环境下的二维水污染扩散模型和水污染模拟计算结果的可视化表达和交互应用。通过长江干流某河段的应用,验证了该研究系统的有效性和科学性,结果表明系统能够有效、科学支撑突发性水污染事件的自动监测和应急决策处理。     

非恒定一、二维耦合水质数值模拟技术研究

真实环境中的湖区和周边河网通常是相互联系的,水中污染物会随水流在湖区和河道间发生迁移;为了更客观地模拟预测这类区域中的水质变化规律,从一、二维耦合区内公共单元的水质浓度应满足相容条件出发,对一、二维连接区利用重叠投影法,建立了基于美国国家环保局WASP5模型的污染物迁移扩散机理以及有限体积法的一、二维耦合水质模型,并应用于苏北洪泽湖水系水质模拟,模拟成果验证了该耦合水质模型具有较高的可靠性与实用性的特点。     

基于非结构网格的长江口二维三维嵌套潮流数值模拟

三维数学模型多应用于局部水域,无法模拟模型周边的大范围流场.为解决此问题,基于非结构网格有限体积法,建立了长江口二维三维潮流嵌套数学模型.模型嵌套边界采用近似处理方法,假设嵌套边界处网格单元分层水平流速服从多项式分布,该处理方法嵌套边界处的三维计算存在一定误差.将模型应用于长江口大范围水域潮流模拟计算.结果表明,潮位及二维三维潮流验证良好,计算精度满足规范要求,这说明该方法能够模拟大范围水域的二维及三维潮流运动.     

南水北调中线左岸排水渡槽洪水风险分析

基于高精度地形,采用二维水动力学模型进行模拟计算,模拟宴曲沟左岸排水渡槽在现状地形条件下洪水演进过程,得到洪水最大淹没范围、最大水深、最大流速、淹没历时等水力要素,分析排水渡槽和总干渠洪水风险,为工程安全运行提供技术支撑。     

溢洪道挑流消能数值模拟计算模型的选择

采用数值模拟的研究方法,以溢洪道为研究对象,分别采用标准k-ε模型与RNG k-ε模型,对溢洪道进行二维水气两相流数值模拟,通过与物理模型试验数据相对比,探究不同计算模型对溢洪道数值模拟计算所得数据的准确性。经验证标准k-ε模型计算所得结果较为准确,且耗时较短。     

青山水库溃坝洪水模拟计算

采用二维浅水模型对青山水库溃坝洪水进行了模拟计算,根据主坝可能出现的溃坝风险,模拟了主坝溃决后保护区内洪水的演进过程,模型的计算结果提供的淹没水深、淹没范围以及流速等洪水风险信息,为青山水库防洪风险管理提供了依据。     

流溪河水资源管理与水质预测系统的开发与研究

在地理信息系统平台上，利用其空间数据分析，研制了流溪河水资源管理与水质预测软件系统。该系统包括了流溪河水文、水质资料数据库的建立，一维、二维水质模型的实时模拟计算，以及模拟结果的可视化输出。系统界面及模拟结果的表达美观，操作方便，在实际应用中取得了较好效果。