网格尺度对三维水动力模型模拟滨海地区潮流特性影响的数值分析

构建了三门湾三维水动力模型,将计算结果与实测资料进行对比分析后设置了不同的网格尺度,对三个断面和四个典型点的潮流特性进行了分析。结果表明:当研究水域为港汊较多、地形复杂的海湾时,数值模拟计算值的相对偏差会随着网格尺度增大而增大,当网格尺度增大到一定值时,相对偏差会由于多种误差的正负累积而趋于稳定。地形是影响潮流计算的关键因素,在地形变化剧烈和水深较小的潮间带水域的潮差和流速值相对变化较大,在水深较大的平坦区域则几乎不受网格尺度的影响;流向对网格尺度的敏感程度较低,与网格尺度无明显关系;水平涡粘系数与网格面积呈正相关,且网格面积对流速变形率Sij较大处影响较大。综合分析,在进行潮流计算时,需要在地形复杂的岸边、水深较小的潮间带以及岛屿间进行网格的加密处理,考虑计算时间、模型计算的稳定收敛以及计算值的精确度等因素,确定合适的计算网格尺度,使得计算结果满足精度要求。

基于HEC-RAS的水库下游水动力模型构建及三维可视化应用

以皎口水库为例,利用HEC-RAS软件建立水库下游一二维耦合水动力模型,通过“烟花”“梅花”2场台风的历史洪水模拟计算钟家潭、章水断面的水位变化过程,与实际情况对比发现,该模型计算结果合理准确;模拟极端洪水(P=1%、P=0.1%)情况下,水库下游淹没范围、淹没水深、淹没历时等要素;基于BIM(Building Information Modeling)、GIS(Geographic Information System)等技术进行洪水演进过程三维立体可视化展示,为水库下游洪水风险分析提供技术支撑,为智慧水利建设提供解决方案。

巢湖流域杭埠河水量模拟数学模型研究

杭埠河是入巢湖最大河流,掌握其水量变化是巢湖流域综合管理的基础。针对杭埠河复杂的流域地貌和工情特征,采用水文水动力耦合模拟的方法构建了杭埠河水量模拟数学模型。流域产流以陆面下垫面类型为基础逐栅格分布式计算,各单元产流按照流程汇集至子流域出口。河道水流动力演算采用运动波方程来计算,通过源项实现水文过程与水动力的耦合连接。典型洪水年2016年水雨情过程模拟表明,建立的模型能够可靠捕捉河流洪峰过程,复演杭埠河入湖的水量时空动态变化。

银川“西线供水”工程污染物水动力—水质传递模型

文章采用实地测量、实验和数值计算的方法,利用分析化验、实测数据建立并验证引水管道一维水动力—水质数学模型,建立西夏水库二维水动力—水质数学模型并对水流和水质进行数值模拟。利用FLUENT软件,根据实测水文和水质数据,建立并验证适合西线供水工程的数学模型,利用建立的数学模型进行水流和水质指标浓度的数值模拟研究,验证结果基本符合实际情况,为后续以黄河水为水源的西夏水库在污染物扩散机制、预防、处理等方面开展研究提供了良好的理论保障。

河道三维错层的水流泥沙数学模型

应用垂向坐标变换,结合水平有限元、垂向有限差分的分层方法建立了河道拟三维水流泥沙数学模型.对过流断面变化剧烈的河段提出了错层计算方法,弥补了同层网格垂向落差较大的分层模型缺陷.利用水流泥沙理论解对模型计算结果进行了验证.采用该模型对海河下游河段穿河隧道施工过程中主体隧道悬浮于主流区时的水流泥沙情况进行了数值模拟,流速模拟结果与半理论半经验公式估算结果基本一致,为明渠流和河道中悬浮建筑物下压力流的混合计算提供了一种新的计算方法,拓展了三维分层水流泥沙数学模型的应用空间.

一个水动力泥沙数学模型的伴随算子法敏感性分析

本文报告了把一种高效率的敏感性分析方法－伴随算子法应用到一个水动力泥沙模型的一些初步工作。本文的目的和动机一是回答能否将伴随算子方法应用到包含多种时间尺度物理过程的水动力泥沙数学模型中。二是探讨将所得到的敏感性信息如何应用到与水利、泥沙工程有关的问题中。将伴随算子方法应用到二维水动力泥沙数学模型中是完全可行的。尽管在数学模型中存在不可微的奇点，由于它们都是孤立的，利用分段求导可以构造伴随模型。通过定义适当的指标函数，伴随算子方法可以用很少的计算量提供详细的敏感性信息，这对有关的水利、泥沙工程的实施设计有重要的参考价值。对不同的工程问题可以定义相关的指标函数，从而可以分析出各种因素对这个指标函数的影响程度。

黄河下游河道水文水动力学泥沙数学模型研究

在水文学模型研究的基础上 ,根据对黄河下游河道输沙规律的认识 ,结合水动力学理论 ,进一步建立了流量演进、河道输沙能力、主槽糙率调整、分组沙冲淤和复式断面形态调整等复杂问题的计算方法 ,开发研制了黄河下游河道水文水动力学泥沙数学模型。经大量的实测资料验证 ,模型可以适应不同的水沙条件和河道边界条件 ,具有较高的计算精度 ,可为小浪底水库调度运用等生产研究提供可靠的计算依据。

基于三维水动力模型的海砂开采对海洋环境的影响分析

作为一种重要的海洋矿产资源,海砂已成为目前工程建设开发利用的焦点。但在海砂开采过程中,势必会对海洋水文动力环境产生影响。该文基于三维水动力数学模型,通过理论基本方程建立工程项目海域模型,并将模型计算数据与已有站点记录数据进行对比,表明该模型可以用来模拟研究工程实施造成的海洋水动力变化情况。通过模型计算得出海砂开采工程现状和施工后近水海域的大潮涨急、落急时的海域表层、中层、底层的潮流场,并对比和分析得出采砂工程对采砂区内流场的影响主要集中于采砂区内,采砂区2.5km以外海域潮流场基本无变化,对大范围海域潮流场的影响较小的结论。

基于三维水动力模型的砂枕漂距预测研究

砂枕是抛投护岸的新材料,具有结构稳定、工程造价低等优点。以往仅采用传统的抛投经验公式,每次抛前均需测量水深和流速,较少使用模型模拟三维流场,耗费人力物力。为提高施工效率,通过垂线分层流速分析,结合Mike3水动力模型和砂枕漂距公式,分别采用六层法和十一层法进行砂枕漂距预测,结果表明十一层法更精准。

基于湖泊实景三维水环境的水动力模型可视分析技术

传统研究中针对湖泊水动力学模拟结果不连续、不直观,不利于研究人员探究其复杂多变的内部规律。本文针对湖泊水体蓝藻爆发,将水动力模型、光滑粒子系统与湖泊水环境实景三维场景相结合,提出大规模粒子系统与水动力水质模型时空耦合方法,通过三维网格数值模拟方式创建粒子系统,利用水动力模型形成的流场数据(包括位置、流速、流向等),以粒子模拟蓝藻并将其初始化到网格体系中,通过流场驱动粒子运动,实现水动力水质模型在真实水下三维地形环境中实时计算和动态模拟推演。文章通过三维粒子系统模拟湖泊流场在地理环境下的演变过程,实现污染物(蓝藻)在内陆湖泊扩散和集聚效应的连续、动态可视化。本文的研究方法和结果为研究太湖蓝藻环境防治提供技术支持。

洱海湖泊及湖湾三维水动力模型构建及特征分析

基于环境流体动力学模型EFDC(Environmental Fluid Dynamic Code),建立了洱海湖泊及湖湾的三维水动力模型.利用洱海2010和2011年实测的水位、库容、流速和温度资料对模型进行了率定和验证.水动力模拟结果与实测资料吻合度较好,表明水动力模型能够很好地反映洱海的水位、流速和水温等变化过程.应用模型对洱海湖泊及湖湾的水动力状况进行模拟,研究八个典型风场作用下洱海全湖及局部湖湾的特征流态.最后,利用模型研究在主导风作用下的洱海风生流过程,分析各个阶段的流场特征及风应力平衡情况.研究结果初步揭示了洱海的水动力过程,为洱海的水环境管理和水质改善提供理论基础和技术依据.

高桩码头桩群对水动力参数影响的数值模拟

桩基码头是常用的码头结构形式,应用广泛。高桩码头桩群基础改变了周围水动力场,引起泥沙冲淤规律的变化,从而对码头结构稳定性产生影响,研究圆柱桩群阻力特性,对水流和底床冲淤变化研究具有重要意义。基于FVCOM的三维水动力模型,将桩柱绕流阻力等效为水流阻力,提出一种桩群阻水效果的概化方法,通过增加桩群阻力项来研究桩群对水动力环境参数的影响,构建了群桩下方和后方水动力规律的三维水动力改进模型。该模型应用于舟山某高桩码头附近流场的模拟计算,结果与实测值吻合良好,证明了模型的有效性;计算结果表明,桩群影响使得码头后方的流速减小,比码头前方减小约67%。所构建的模型可进一步研究高桩码头下方和后方冲淤演变规律,为码头建设和运维提供技术支撑。

西南地区典型河道型水库水温结构及水动力机制研究

大型河道型水库在发挥水电效益的同时,其特有的水温分层对水环境的影响不容忽视。现有研究多偏重于水温垂向差异及时空演变规律研究,对于其形成过程的水动力影响研究尚不够深入。本研究利用数学模型模拟分析西南地区典型河道型水库—乌东德水库水温结构变化过程,发现水动力条件是水温结构形成的决定性因素,主温跃层的形成和演变取决于温差异重流导致的水动力机制。2—3月来水下潜于水库底部,二者界面形成主温跃层,并不断向库区下游发展;4—6月来流形成中间流,其上和其下分别形成两个温跃层;7月入库水流为上浮流,其下形成主温跃层;坝前局部区域水体主温跃层因取水孔口动力抽吸作用等温线出现局部收缩。

淮河干流正阳关至吴家渡段水动力数学模型及应用

为了研究淮河干流正阳关至吴家渡段河道泄流能力、河道整治工程方案及洪水调度方式等,针对河段的特点,建立了该段河道水动力数学模型,模拟了2005年和2007年洪水过程。验证计算结果表明,模型计算精度较高,可为正阳关至吴家渡段河道综合治理和行洪区优化调度等研究提供计算平台。利用该模型分析了荆山湖行洪区在2007年洪水过程中的运用效果,计算结果表明,荆山湖行洪区运用可以降低田家庵站的水位,加快了所在河段洪水汇流速度。

浅水流动及输运三维数学模型研究进展

对近年来国内外浅水流动及输运三维数学模型的发展作了较全面的回顾 ,重点论述了数学模型研究中的若干基本问题 ,包括垂向坐标的σ变换、悬沙输移的近底边界条件、自由水面的计算、紊流的封闭问题以及有效的数值计算方法。讨论了浅水流动及输运三维数学模型有待于进一步研究的方向和发展趋势。

三维泥沙数学模型的研究进展

对国内外近年来在三维水流泥沙数学模型的研究应用情况进行总结和评述，指出三维泥沙数学模型研究的必要性和重要性，对数学模型的基本方程、边界条件，泥沙扩散系数，泥沙沉降速度，数值计算方法等进行讨论，介绍模型的验证和应用情况，最后提出改进和完善三维泥沙数学模型研究、应用的途径。

导管架下水系统三维模拟数学模型

分析导管架下水系统(导管架、驳船和摇臂)的三维运动,建立系统的三维力学模型,并用解析的方法通过对约束求导数给出系统的约束方程,得到导管架下水系统的完整的数学模型,使导管架下水参数计算更精确,模拟更真实。对数学模型进行分析,给出了模型的求解方法:将非线性方程组重新组合成多个线性方程组,用迭代方法和预估—校正方法相结合求解方程。

中药材吸水膨胀动力学数学模型的建立及对大黄的验证实验研究

目的 :建立中药材吸水膨胀动力学数学模型及对大黄进行研究 ;方法 :用动力学方法建立中药材吸水膨胀动力学数学模型 ,用余水法测定不同时间大黄药材吸水量 ,并用残数法对数据进行曲线拟合 ,其拟合优度采用方差分析 ,以确定大黄药材的吸水动力学模型 ,再进一步计算各动力学参数。结果 :中药材吸水膨胀遵循多元一级线性乳突模型 ,大黄药材吸水膨胀的动力学模型为三室 ,α =0 .32 4 1min-1 ,β =0 .0 1 85min-1 ,π =5 .6 5 9× 1 0 -3 min-1 ,V∞T =1 .72 6mL·g-1 ,V∞1 =1 .0 0 8mL·g-1 ,V∞2 =0 .2 81 4mL·g-1 ,V∞3 =0 .4 36 6mL·g-1 ,K =0 .2 1 86min-1 ,K1 2 =0 .0 2 4 2 6min-1 ,K2 1 =0 .0 74 2 2min-1 ,K1 3 =6 .4 0 2× 1 0 -3 min-1 ,K3 1 =0 .0 2 4 81min-1 。结论 :中药材吸水膨胀服从一级线性动力学量变 ,可用线性乳突模型表达。

珠江三角州河网与伶仃洋一、三维水动力学模型联解研究

建立了珠江三角州河网区一维非恒定流水动力学数学模型,并根据实测资料对模型进行了率定验证;利用伶仃洋水域三维水动力学模型的研究成果,采用时段交替法对一、三维模型进行了耦合计算;利用1978年7月在珠江三角州河网区和伶仃洋区同步实测的水文资料对耦合模型的计算结果进行率定验证,结果表明,模型计算值无论在珠江三角州河网区、交接断面以及伶仃洋区均与实测资料吻合较好,该模型可用来描述珠江三角州河网区和伶仃洋区的水动力学过程.

运用隔室理论研究中药材吸水膨胀动力学总室线性乳突数学模型及参数分析

目的：运用隔室模型研究中药材吸水膨胀动力学总室线性乳突数学模型并对参数进行分析;方法：运用隔室理论及动力学方法建立中药材吸水膨胀动力学数学模型,用拉氏变换法求解,研究总室与单独隔室的数学模型的关系,并对总室模型求算的各参数进行分析.结果：中药材吸水膨胀总室,与各隔室一样遵循一级线性乳突模型,V_T为e的指数函数之和形式,总室膨胀为各分室膨胀之和.VT^∞、Vi^∞可通过非线性曲线参数估计算得,各参数（转运常数）由其与αi的关系方程组算得.结论：中药材吸水膨胀动力学表现为一线性乳突模型.总室与单独室一样可求得各动力学参数,该模型在一定条件下可直接转变为药物动力学数学模型.