基于水流特性的桥区船舶通航风险分析

为评估桥区船舶通航风险,构建考虑船舶运动特性的三维流场模型,研究水流影响下船舶过桥行为的偏航特性和受力特性.确定桥梁和船舶的通航风险评估分级标准,建立了基于模糊逻辑的船舶顺流通航风险评估模型.结果表明,桥墩间距风险等级划分临界值为40和60 m,具体分级标准因水期的不同而异.船速在枯水期、中水期和洪水期的低风险范围分别为1.6~2.5、2.0~2.5和1.6~2.0 m/s.洪水期通航风险高于其他时期,主要表现为通航尺度受限时的撞桥事故.相比于传统评估模型,所提模型根据船舶直接受力与运动表现来确定桥梁、水流和船速等因素分级标准,简化了评价指标体系,降低了模型主观性.

内涝过程中超载节点水流结构及水头损失分析

为探究处于内涝过程超载状态节点的水流结构及水头损失,基于室内管道节点模型进行了87组不同边界条件的三维构造模型模拟,完成了室内试验与数值模拟的对比验证;采用定性定量分析、数据相关性拟合和π理论研究了孔径比(节点直径Φ_(m)和管道直径Φ_(p)的比值)、管道坡度、承压水头对节点内水流结构和水头损失的影响。研究结果表明:节点出口处的水量交互是产生水头损失的主要原因;局部水头损失系数K随孔径比的增大而增大,随超载水深、承压水头的增大而减小;通过π理论提出K=f(Re)的求解思路是可行的;两种孔径比节点的K值对坡度变化的响应不同,管道坡度的设计需要考虑节点孔径比的影响。研究成果补充了雨洪耦合模型中的节点水流结构,可为一维管网在节点处的水头损失计算提供经验数值和参考。

一维浅水方程的高精度GODUNOV格式

以HLLE的近似Riemann解为基础,时间积分采用改进的二步RUNGE-KUTTA法,空间通过重构和通量限制获得时间和空间均为二阶精度的一维浅水方程的Godunov离散格式。此格式具有TVD的性质,保证了数值解收敛于弱解,在TVD意义下无假振,保持初值的单调性,解自动满足熵条件。通过实例比较了各种通量限制因子在求解方程中的优缺点,验证了此方法具有守恒性、鲁棒性、无虚假振荡并能高分辨率地捕捉间断等优点。

基于无结构网格单元中心有限体积法的二维对流扩散方程离散

在无结构网格单元中心有限体积法二维水流模型基础上,建立物质输运对流扩散方程离散模式.通过通量重构法和SOM(Support Operators Method),分别对输运方程的对流项和扩散项进行离散.该离散模式具有空间二阶精度,并适用于任意多边形无结构网格.通过纯对流和纯扩散算例对模型进行检验和验证,结果表明,模型能够较好地模拟物质输运的对流扩散问题.应用模型模拟瓯江河口的盐度输运,通过计算值与实测值对比,进一步检验模型.

基于有限体积水锤方程的Godunov格式离散

基于有限体积法建立了管道瞬变流的离散格式,采用特征分解技术计算界面通量,并通过重构和通量限制建立二阶精度的TVD格式。此格式保证了质量和动量的守恒性,物理意义明确,计算速度快,适用范围广。通过Riemann问题算例、水锤实例和各种阀门组合情况下的管网水锤实例验证了格式具有高分辨率、无虚假振荡和对克朗数灵敏度低等优点。

桥渡对河道水流影响的二维无结构网格模型

采用有限体积法建立平面二维水流运动的无结构网格数学模型,模型采用Roe格式的近似Riemann解计算界面通量和特征分解法处理底坡源项.通过无结构网格对桥墩形状进行精细拟合克服了局部糙率修正、局部地形修正等方法的困难,为研究桥墩、桥形等对水位、局部流速等建桥前后的变化提供了新的计算模式.最后,应用模型对河段上的圆形墩和圆端矩形墩壅水进行了模拟,结果表明模型能够较好的模拟建桥前后桥墩附近的水流变化.

河网洪水预报径向基函数人工神经网络方法

讨论了神经网络在河网水流数值模拟中的运用现状,并基于河网水流数值计算模拟的特点,将径向基函数神经网络方法应用于复杂河网水流.模型采用混合学习算法,选用高斯核函数作为隐藏层基函数,充分发挥其表示形式简单、径向对称、光滑性好和解析性好的优势,并采用k-均值聚类算法来确定径向基函数的参数,运用最小二乘法求解权值.建立了珠江三角洲河网的洪水预报模型,计算表明,预测结果与实测数据吻合较好,该模型具有运算速度快、简便易用且预报精度较高等特点.

基于径向基函数神经网络的河网洪水泥沙预报

由于水沙作用机理和演进规律以及河道形态变化的复杂性,泥沙预报一直是洪水预报的难点.本文将径向基函数神经网络方法应用于复杂河网洪水水沙预报中,并采用k-均值聚类算法确定径向基函数的中心,采用最小二乘法求解权值.在探讨建立预报模型基本方法的基础上,分别建立了具有2个预报期和3个预报期的珠江三角洲河网洪水水沙预报模型.计算结果表明,该方法能够较好地识别洪水水沙的演进规律,预测结果与实测结果吻合较好,运算速度快、简便易行且预报精度较高.

交通运输类课程思政建设架构设计与举措分析

课程思政是高校落实立德树人根本任务的战略举措,强化课程思政架构设计是推进课程思政内涵式发展的重要环节。聚焦新时期我国交通运输行业转型发展的重大需求和交通强国战略下的人才培养要求,结合课程思政建设主客观现状问题,提出“强化立德树人根本、夯实专业基础与核心、创新课程思政模式、培育思政师资团队、完善管理机制评价体系”的交通运输类课程思政建设架构设计。从重构培养方案、“三融合”课程思政模式、知识-能力-素养协同教学资源平台、高水平师资队伍建设、多方联动机制和多维评价体系等五个方面阐述了课程思政建设具体举措。

桥墩绕流特性对船舶运动受力的影响

为了揭示桥墩绕流特性对船舶运动受力的影响,基于三维Navier-Stokes方程,通过求解6DOF方程,结合虚拟单元浸入边界法和水平集法构建被动型动船模型,模拟分析在高雷诺数下船墩间距、船速与流速对船舶运动状态和受力的影响.分析结果表明:船墩间距的增大促使船舶艏摇力矩值迅速减小;船速变化对最大负艏摇力矩值的影响不明显,而船速减小会使偏航角度增大,船速增大使船舶横漂距离增大;流速的增大将促使船舶艏摇力矩值增大,且在船舶经过桥墩中部时所受负艏摇力矩增量最为显著.研究结果对于桥区船舶的安全通航问题具有一定的参考价值.

基于一维二维耦合模型的衢州城市洪涝演进分析

为准确模拟城市洪涝演进,建立一维河网和二维水深平均浅水模型.采用Preissmann隐式差分格式离散圣维南方程,并用三级联解法求解一维河网水系;采用四边形和三角形混合的非结构网格有限体积法离散二维浅水方程,并用Roe格式的近似黎曼解法求解界面通量.模型采用衢州市2011年的实测洪涝淹没事件进行验证,验证结果显示模型具有较好的模拟效果.用该模型模拟4种不同重现期降雨量下的衢州市城区淹没情况,结果显示城区极端淹没深度超过3m,但超过95%区域淹没深度小于0.5m.此外,不同深度的淹没区域演进过程在同一降雨条件下呈现不同趋势.该模型能运用于具有复杂地形的沿江河城市洪涝数值模拟,亦能为城市防洪减灾研究和城市防洪规划提供精确数据.

基于时空关联的京杭运河苏北段通行状态研究

基于船岸时空关联特性与模糊综合评价理论,对京杭运河苏北段不同航段通行状态进行研究.以2019—2020年京杭运河苏北段数据为基础,综合时间尺度与空间尺度分析交通流单因素时间与空间特征;以交通流与航道基础设施为一级指标,结合多因素综合评判各航段的通行状态.结果表明:京杭运河苏北段航道在空间尺度上具有明显区域相似性,从北至南通行流量逐渐增加,通行压力增大;时间尺度上以2月为突变点,夏季交通运输繁忙,其他时间呈平稳震荡分布;苏北段航道通行状态整体饱和.研究结果能够有效反映京杭运河苏北段航道时空状况,在宏观交通通行状态判别、水上交通规划和通航调运管理等方面具有实际应用价值.

基于转移矩阵的覆被变化对城市雨洪影响分析

城市化进程的加快改变了地表覆被的时空分布特征,为探求地表覆被时空分布对城市雨洪的影响作用,以南京市主城区为对象,根据遥感影像资料与实测降雨数据,利用GIS空间分析技术,基于马尔柯夫转移矩阵分析了南京市主城区地表覆被空间格局的分布变化,建立了地表覆被时空变化影响下的南京市主城区雨洪模型,模拟分析了南京市主城区范围内城市地表覆被的空间分布格局变化对城市地表产流量、局部节点水量等的影响。研究结果表明:径流系数与地表覆被面积年际变化呈负相关,地表径流、最终地表蓄水与区域地表覆被覆盖面积成正相关。地表植被的空间分布格局对雨洪影响关系密切,局部节点汇水区植被覆盖率上升36.13%,区域产流量可以减少28.47%。地表覆被空间分布的不均匀是造成城市区域地表局部淹水的因素之一;地表覆被对城市雨洪产生的洪流水量形成具有一定的减缓、推后、延迟作用,同时可以接受、蓄积降雨产生的地表积水。

具有复杂计算域和地形的二维浅水流动数值模拟

本文采用非结构化网格的有限体积方法,对具有复杂计算域和地形的二维河道进行数值模拟。采用Roe格式的近似Riemann解计算界面通量,对地形变化源项采用特征分解平衡界面通量以保证格式的和谐性,对摩擦力源项采用隐式或半隐式求解以增加格式的稳定性。通过与混合流算例理论解比较,验证了格式是和谐性的并具有良好的间断捕捉能力与稳定性。应用此方法对地形复杂,存在多处险滩和深潭的某河段进行了实际模拟,数值计算结果和模型试验结果吻合较好。

山区性河流水面线计算改进

通过改进动能修正系数和引入综合局部系数,克服了常规的水面线计算方法计算山区性河段水面线时出现的下游水头比上游水头大或糙率、局部损失系数变化较大的问题,避免了在计算山区性河流水面线时使用虚糙率在物理概念上解释困难和扣死水操作复杂等缺点.通过改进的遗传算法对糙率、局部损失系数或综合局部系数等进行优化选择,使参数选择更加合理.通过对蓬莱滩河段水面线计算并和传统的方法进行比较证明该方法对山区性河流水面线的计算是行之有效的.

利用饱和-非饱和渗流模型计算坝体自由面渗流

建立了一种饱和-非饱和渗流模型求解坝体自由面渗流.该模型将坝体渗流场的饱和区、毛细区、壤水区表述成统一的非线性抛物型方程形式,通过计算近似间断的饱和度函数自动捕获渗流自由面(浸润面).采用空间有限元离散、隐式时间方法求解描述饱和-非饱和渗流场非线性抛物型方程,对复杂坝体自由面渗流的求解精度高、计算方便.利用该方法对辽宁清河发电厂曹家沟灰场灰坝进行了三维数值计算,计算结果与实测及水-电比拟实验结果比较表明,计算结果是可靠的.

带源项浅水方程的通量平衡离散

以Roe的近似Riemann解为基础,将源项按特征方向进行特征分解,建立了带源项浅水方程的通量平衡Go dunov求解格式。此格式具有迎风的性质并保证了变宽、非平底坡浅水方程计算的和谐性和存在底摩擦时的收敛性。通过实例验证了此法具有和谐、健全、通用性好、分辨率高等优点。

基于非结构网格有限体积法的二维高精度物质输运模拟

在二维任意多边形无结构网格有限体积水流模型的基础上,通过无插值的通量重构和引入限制因子建立物质输运的高精度无数值震荡数学模型,并从理论上分析了模型的单调和稳定条件。通过旋转流中圆形分布的对流输运算例对模型进行检验,结果表明模型具有守恒、高精度无数值震荡等优点。最后将模型应用到瓯江河口的盐度输运模拟,计算的潮位、流速和盐度过程与原型吻合良好。

二维洪水演进数值模拟

利用非结构化的有限体积方法,建立了二维浅水方程高精度、高分辨率模型。以Roe类型的近似Rie-mann解计算界面通量,通过MUSCL和两步TVD Runge-Kutta法获得了空间和时间都具有二级精度的TVD格式。采用特征分解的方法处理底坡源项和采用半隐式方法处理摩擦源项均能保证了格式的稳定性与和谐性。通过水滴算例对模型进行验证,并应用此模型对98年胖头泡分滞洪区分洪过程进行模拟,获得滞洪区不同时段的淹没范围和淹没水深,为防洪救灾提供了依据。

基于广义垂线坐标系的三维非结构数学模型及其在珠江口的应用

基于广义垂线坐标变换,构建了非结构网格的三维水动力数学模型。模型采用半隐式有限体积法对控制方程进行数值离散,其中半隐式法用于水位梯度和垂向紊动扩散以及垂向对流项的离散,显式控制体积分法用于水平对流项等的离散。广义垂线坐标系使得模型能够灵活地对垂向网格进行布置,平面非结构网格使得模型能够适应河口海岸复杂的岸线,并可对局部进行网格加密。模型通过具有解析解的风生流和异重流对模型进行检验,应用模型模拟了珠江口的三维潮流过程,计算结果与实测水文数据的比较表明,模型能够较好地模拟珠江河口的盐水楔和三维分层水动力过程。