河冰数学模拟研究综述

随着计算机的发展和对冰情物理现象认识的加深，人们对河冰动态发展过程的数学模型不断地进行完善。近几年来，国内外许多科学工作者根据一定的假设提出了许多河冰动态过程的数学模型。现有的河冰模型包括水流模型、热力模型和冰冻模型，以及冰盖糙率和冰期河道综合糙率的各种计算方法。水力模型用于计算河道中流场和其他水力要素；热力模型用于计算水体热交换，水温变化和水内冰浓度分布；冰冻模型用于模拟冰盖的产生、发展和消融过程。

天然河道冰塞演变发展的数值模拟

应用河流动力学和热力学等原理,建立了冰塞形成及演变发展的冰水耦合的综合动态数学模型,并利用黄河河曲段原型实测资料进行了验证,同时对冰塞体厚度和水位的演变规律进行了研究分析。计算结果表明:提出的数值模型能较好地模拟河道封冻过程中冰塞体的发展演变过程。

封冻河道的阻力研究

冰盖引起的流动阻力是研究河冰生消演变及其运动规律的关键问题之一 .封冻阻力使河流水位壅高、过流能力降低、水位流量关系改变 .本文应用Prandtl半经验紊流理论 ,推导得到封冻河道水力要素间的理论关系表达式 ,并对冰盖影响区与床面影响区的交界位置进行了分析讨论 ;对由流速分布推算冰盖及河床糙率的计算方法进行了研究 ,并与现场实测资料进行了验证 .

开河期冰坝预测方法研究进展

对国际上现有各种冰坝预测模型进行分析比较,并讨论了各自的优缺点。认为现有的大多数模型是针对某一特定河段建立的,没有一种模型具有明显优势;各种模型的预测结果均具有较大取伪误差,模型中参数选择具有任意性。提出了进一步的研究方向:为了减小预测误差,应增加模型中的变量,并采用统计方法如逐步回归法确定模型变量;为了评价预报结果的可靠性,应对预测误差(包括取伪误差和弃真误差)进行定量分析;对冰坝形成及溃决的机理应进行深入研究。

封河预报数学模型研究

分析了河冰水力学、封河机理及影响封河的因素 ,并根据封河机理和影响封河的因素 ,建立了封河预报数学模型 .以黄河内蒙古河段为例 ,率定封河预报数学模型的函数形式并进行检验 ,证明预报模型精度高且使用方便 .

河道中水内冰演变的数值计算

水内冰的形成演变与冰塞形成密切相关,而冰塞常造成严重的凌洪灾害。为此研究并建立了河道中水内冰形成及演变的垂向二维紊流数学模型,应用模型对敞露河道水内冰演变过程及水温和体积分数分布规律进行了数值实验。数值模型中,假定水内冰的初始成核源于水表面冰晶籽的质量交换,冰晶粒径的演变取决于冰晶与周围水体间的热交换。根据原型观测结果,水内冰冰晶的形状假定为薄圆盘状。计算结果表明,水内冰体积分数沿水深呈指数分布,且沿程持续增加,而水温沿程出现最小值。这些结果与理论分析相符,说明该模型能较好地模拟河道中水内冰的演变。