潮流、风暴潮耦合模型推算珠江口海域极值流速

分别采用模式气压场及模式台风场计算气压分布及风速分布,采用地形拟合的sigma坐标水动力方程组及紊流方程建立了潮流、风暴潮耦合模型。三维水动力方程组通过分裂算子法与Casulli半隐式差分格式直接求解。在珠江口的极值流速计算中,先进行了南海北部的潮流、风暴潮耦合模拟,模拟水位与实测值符合较好。以大区域模拟结果为边界,采用嵌套网格方法,在珠江口进行了高分辨率的潮流、风暴潮耦合模拟。选用1968～1999年共65个影响工程区域的台风过程,计算出珠江口的海域年极值流速序列,分析了该海域多年一遇的极值流速分布。

厦门港潮汐、风暴潮耦合模型

建立一个适合台湾海峡及小港湾，特别是能够反映小港湾的漫滩及潮汐、风暴潮耦合效应的数值模型，对小港湾风暴潮进行数值预报，有重要的社会和经济意义．文中以厦门港作为小港湾研究区域，在漫滩、风暴潮的耦合、开边界条件等方面对小港湾风暴潮数值计算作了一定的尝试，提出了一种能够模拟小港湾台风增水，潮位和流场变化情况的途径．

洪水与风暴潮共同作用下的溃堤洪水一维、二维耦合模型及应用

为了解决复杂条件下河道洪水漫堤、溃堤和潮水倒灌的问题,建立了在洪水和风暴潮共同作用下的天然河道漫溃堤洪水在防洪保护区的一二维水动力耦合模型。在兼顾计算效率和精度的基础上,分区剖分网格,设置合理的网格面积;根据植被和地物的不同,分区设置糙率;通过宽顶堰的方式将河道一维模型和防洪保护区二维模型进行侧向耦合;采用基于侵蚀的渐变溃破坏方式模拟河道溃堤过程,实现了河道上游发生洪水和下游遭遇外海风暴潮的复杂情况下精细化模拟。实例研究表明,所建模型可灵活处理复杂多变的水力条件,模拟结果合理可靠,可为防汛部门制定决策提供有力的科学依据。

渤海湾二维温带风暴潮与波浪耦合数学模型

基于二维温带风暴潮控制方程和动量谱平衡方程理论,建立了二维温带风暴潮与Swan波浪计算模式相结合的波流耦合数学模型,研究了波浪辐射应力对渤海湾二维温带风暴潮过程的影响,通过对发生在该区域的2次温带风暴潮过程的模拟计算,得到了波浪辐射应力作用前后的风暴潮潮流、潮位变化过程,并与塘沽验潮站实测的潮位变化过程进行对比.结果表明:波浪辐射应力对不同风暴潮过程的影响程度不同,与风应力的分布规律有关;考虑辐射应力作用的波浪与风暴潮耦合模型的模拟潮位变化过程和实测潮位变化过程较吻合,波浪辐射应力对岸线附近潮流形态的影响较明显.

基于源荷谐波耦合模型的数据驱动概率谐波潮流计算

随着新能源及负荷中电力电子装置的广泛应用,电力系统谐波畸变程度不断增加。同时,新能源及负荷显著的不确定特征,进一步增加了谐波分析难度。为有效评估系统不确定谐波状态,充分挖掘源荷实际运行特征,提出一种数据驱动的概率谐波潮流(probabilistic harmonic power flow,PHPF)计算方法。首先,基于实测数据,建立考虑时变特性的源荷动态谐波耦合矩阵模型(dynamic harmonic coupling matrix model,DHCMM),揭示不同时段内谐波电压与谐波电流的相互耦合关系。然后,利用实测数据挖掘源荷时变不确定特征,采用改进点估计法提取统计特性,克服变量间相互影响引起的估计偏差。最后,提出针对源荷不确定性的PHPF计算方法,对系统中时变不确定谐波进行评估。实验结果表明,基于实测数据的谐波耦合矩阵模型能够有效分析谐波源时变特性,结合源荷时变不确定功率状态,所提PHPF计算方法能够对电力系统谐波进行准确评估。

计及频率耦合的单相光伏变流器谐波潮流分析模型

单相光伏逆变器被广泛应用于配电系统,研究其谐波模型对于谐波潮流分析、谐波交互影响与电力系统稳定具有重要意义。首先,通过分析电网与逆变器的交互机理与逆变器交直流侧的谐波传导,推导出单相光伏逆变器在不同谐波下的阻抗公式;其次,分析谐波阻抗的频率耦合机制并结合控制环节,建立不同谐波下单相逆变器的谐波耦合阻抗矩阵模型与等效戴维南电路;再次,基于所提模型对系统进行谐波分析,极大地简化单相逆变器的谐波潮流分析,提高系统谐波潮流的计算精度,并能有效评估单相逆变器的接入对电能质量的影响;最后,通过时域仿真验证了所建立模型的正确性和有效性。

基于模型耦合的北部湾风暴潮增水与风浪模拟研究

台风风暴潮引发的增水和风浪效应是造成沿海低地灾害和损失的重要因素。本文设计了区域嵌套、波-流耦合的有限元数值模拟系统,对北部湾及附近海域风浪和增水过程进行有效模拟,精度达到应用要求。结果表明北部湾在台风影响下引起明显风浪和增水效应。台风中心风浪较小,仅1 m以内;而台风臂扫过海域风浪较大,可达9 m以上。最大增水海域出现在北部湾东侧靠近琼州海峡附近,可达2.5 m。风浪与增水叠加具有非线性效应,最大增水与最大风浪出现时间如与大潮高潮位相遇易形成超高水位,将对北部湾沿岸低地造成巨大淹没风险。本研究意在突破北部湾现有模型局限性,为进一步深化科学研究和工程应用提供基础数据。

陆面-河网耦合模型在极端风暴潮淹没危险性分析中的应用

在风暴潮灾害中,台风、天文高潮位、区间暴雨和上游洪水等因子存在同时出现的可能,对沿海地区的防汛安全形成了较为严重的威胁.双因子、多因子影响下的复合风暴潮灾害成为沿海地区灾害风险评估的主要研究对象.风暴潮水通过漫堤和溃口进入陆域后,河网对潮水的调蓄和运输作用直接影响对受灾区域灾害危险性的评估结果.本研究选取上海市金山区作为典型区域,基于MIKE11和MIKE21模型分别建立金山区一维河网模型和二维陆面模型,并进行耦合计算,模拟分析在风暴潮、台风、区间暴雨和流域洪水的综合影响下,金山区地面积水变化过程,为区域的灾害危险性分析提供依据.模型计算结果表明,在考虑陆域河网调蓄作用后,风暴潮引起的金山区地面积水大幅度减小,区域内整体淹没分布出现一定程度的改变.综合考虑风暴潮及区间暴雨和流域洪水与仅考虑风暴潮条件相比,金山区中部和北部大部分区域危险性等级降低,西北角危险性等级升高.

计及电热耦合的潮流数学模型与算法

电热协调(ETC)理论的提出对实时环境下输电元件载荷能力的有效利用具有重要意义,但由于电与热之间的紧密耦合,使电力系统的潮流计算变得复杂,文中针对该问题进行了深入研究。将输电线路热动态微分方程引入到现有的电力系统潮流模型之中,利用隐式梯形的差分方法将该微分方程代数化,使输电线路温度成为电力系统运行的一个新的状态量,从而提出了计及电热耦合的潮流计算数学模型,并在推导得到牛顿法求解该模型的修正方程基础上,进一步提出了适应电热耦合处理的简化计算方法,该模型和算法实现了电气量和其温度的统一处理,不仅反映潮流的电的信息,而且能够提供输电线路热惯性的动态过程,即温度变化信息,从而实现输电线路载荷能力由温度评判的目的。最后通过算例分析验证了该模型和算法的有效性,为进一步开展电力系统运行调度中的电热协调理论研究奠定了基础。

基于多能流耦合规律的综合能源系统潮流及流分析

从能量流和流两个角度分析综合能源系统的多能流耦合规律,建立系统能流稳态潮流模型和流模型,根据模型特点研究系统潮流和流分布计算方法,以算例验证计算方法的可行性并分析计算数据,验证流机理模型相比于黑箱模型在局部分析方面的优越性。以算例数据为例,分析其潮流及流分布特点,结果表明:算例系统中能源转换环节的地方损最大,为系统薄弱环节,值得着重改进;同时电、热网络也有部分管段损较大,优化局部网络时也应纳入考虑。

风暴潮耦合数值模式在渤海海域中的应用

考虑地球曲率的影响,建立了基于球坐标下的渤海及黄海北部海域天文潮与风暴潮的耦合模型,通过对2003年10月8日到14日的天文潮及风暴潮的模拟验证,分析了温带气旋作用下的渤海沿岸各主要港口的增、减水及局部海域潮流的流速、流向变化。结果表明,温带气旋可引起渤海海域显著的增、减水现象,并明显改变局部海域潮流的流速、流向。

浪潮耦合的舟山渔港台风暴潮数值模拟

建立能精确模拟舟山渔港台风暴潮过程的浪潮耦合模型,对渔港防灾减灾具有重要意义。基于Delft3D中的FLOW和WAVE模块,在二重嵌套网格下建立风暴潮和波浪的耦合模型。以9711号台风Winnie为背景,验证耦合模型的可靠性,结果显示,风速、天文潮潮位、风暴潮潮位和有效波高的计算值与实测值吻合良好。利用风暴潮模型与耦合模型分别计算了舟山海域的风暴潮,分析了波浪对风暴潮潮位的抬升影响,定海和镇海站最大波浪增水分别为23 cm和34 cm,耦合模型的模拟精度要高于风暴潮模型。通过模拟9711号台风期间舟山渔港的风暴潮过程,分析了风暴潮的时空分布特征,并给出了浪潮耦合作用对于风暴潮时空分布的影响。

基于台风气压模型的沿海天文潮与风暴潮耦合数值模拟试验研究

结合4种台风气压模式,采用改进的超浅台风风暴潮联合模型对辽宁沿海天文潮与风暴潮进行数值模拟试验。试验结果表明:在4种台风气压模式下,高桥模式或捷氏模式误差相对较小,在台风路径预报中有最大风速信息时可以直接运用以上两种模式进行台风增水影响;相比于传统算法,改进后的沿海天文潮与风暴潮耦合数值模型模拟的台风增水相对误差小于30%的保证率提高29%,达到规定的台风增水预报的精度要求。研究成果对于沿海地区防洪决策具有重要的参考价值。

光伏电源的PQ耦合潮流模型及对配电网电压的影响

光伏电源并入配电网络,不仅充当着有功电源,还可适当输出无功功率,承担调节电压的重要作用。根据并网光伏电源的结构,建立了光伏电源PQ耦合的潮流计算模型,其有功与无功输出均与逆变器的调制比和移相角密切相关。根据实际系统对光伏电源的需求设置调制比和移相角,使逆变器既能工作于合理状态,同时也能满足系统功率需求。光伏电源并入配电网,其有功和无功输出共同影响配电网电压,算例表明PV型光伏电源对局部节点电压提升效果显著,PQ耦合且具有最大电压调节能力的光伏电源对系统整体电压提升效果显著。

基于统一潮流模型的电-气耦合综合能源系统静态灵敏度分析

针对典型的电—气耦合综合能源系统,提出一种基于统一潮流模型的静态灵敏度分析方法,用于分析电力与燃气供能系统间的交互作用机理。首先,给出电—气耦合综合能源系统的统一潮流模型。然后,在此基础上,定义电—气耦合综合能源系统的燃气压力—节点注入功率灵敏度矩阵。最后,结合典型场景下的综合能源系统灵敏度指标,分析电网节点注入功率对燃气压力的影响,定位综合能源系统的薄弱环节。算例表明,所提方法可为区域综合能源系统的安全稳定运行提供辅助信息,有效提升了系统的安全性。

风暴潮与波浪动态耦合三维港池模拟研究

风暴潮是发生在海洋沿岸的一种严重的自然灾害,通常会伴有大浪,二者的耦合作用极大地威胁着沿岸地区的安全。以往对近岸承灾体海洋动力灾害的研究大多集中于单一致灾因子的影响,多采用恒定水位和定常波浪要素,对风暴潮与波浪耦合效应及其对海堤承灾体动力响应的研究不足。采用9711号台风在宁波北仑海域引起的风暴潮潮位及波浪过程,通过将连续的风暴潮水位变化过程与波浪过程进行叠加,模拟真实的动态潮位过程,在三维港池实验室中实现风暴潮和波浪的动态耦合模拟,为相关模型试验的开展提供参考。

台风浪风暴潮作用下三维潮流数值模拟

针对台风作用下三维潮流模拟的技术问题,本文提出了波流耦合的三维潮流数值模拟技术。首先,基于三重网格嵌套的超高分辨率的韦帕台风风场,应用第三代波浪模型、二维潮流模型、三维水动力泥沙模型FVCOM和非结构化网格的二维、三维三重嵌套的方式,通过二次开发重点解决了三维模型中波生流和波流共同作用底部剪切应力的计算,并建立了台风作用下波流耦合的三维潮流数学模型。然后,模拟计算了2007年韦帕台风作用下连云港海域波流耦合的三维潮流过程。最后,对连云港港进行了不同布置方案的计算。研究结果表明:旗台港区内水流流态和流速各布置方案差异均较小;徐圩港区随着港区内围填工程面积的增大,大范围环流现象逐渐消失,流速也随之变小。研究成果可为连云港港30万吨级航道工程的设计提供技术支持。

一维潮流与含氯度耦合数学模型及其应用

针对东江三角洲的实际情况,建立一维潮流与含氯度耦合数学模型,通过对东江下游及其三角洲供水水源工程8个基本布置方案的对比分析,定量计算不同方案对水动力条件、咸潮界的影响。结果表明:该模型能较好地模拟潮流与含氯度的变化,可为东江三角洲河网区河道治理、城市供水工程建设等相关问题的研究提供科学依据及技术支撑。

基于二维浅水方程和SWAN模型的风暴潮模拟研究

基于二维浅水方程自主构建的风暴潮模型与浅水波浪数值模型(SWAN)双向耦合,本文建立了波浪-潮流耦合模式。风暴潮模型将风场、水位和流场代入SWAN模型中,SWAN模型又将受波浪状态影响的表面风应力和辐射应力项反馈给风暴潮模型。该耦合模式可描述风暴潮与波浪之间复杂的非线性作用。对台风温妮(Winnie)影响期间上海沿海地区的风暴潮进行模拟计算,结果表明:耦合模式4个站点最高潮位平均相对误差仅7.2%,较未考虑波浪作用的非耦合模式精度提高了2.3%;受上海沿海特殊地形的影响,风暴潮最高潮位时刻波浪对杭州湾的潮流场影响较大,对长江口的增水作用较明显。

雷州市沿海风暴潮淹没危险性评估

文章基于近岸海洋数值模式ADCIRC (a parallel advanced circulation model for oceanic, coastal and estuarine waters)和近海波浪数值模式SWAN (simulating waves nearshore),建立雷州市高分辨率的风暴潮?海浪耦合漫滩数值模型,并反演了对雷州市影响较为严重的1415号台风"海鸥"的风暴潮过程。经过对比分析得出,波浪对雷州市沿海海域的风暴潮产生重要影响。然后以8007号台风路径为基础,构造了7个不同等级共35组台风风暴潮案例,计算分析出不同等级台风强度下雷州市风暴潮淹没范围及水深。900hPa等级下,雷州市淹没面积达到463.2km2。文章还构造了60组可能最大风暴潮事件集,计算得到雷州市可能最大台风风暴潮淹没范围及水深分布。在可能最大台风影响下,大量海水将漫过海堤,造成极其严重的淹没灾害,雷州市总的淹没面积可达602.0km2,其中465.8km2的淹没面积达到了危险性等级Ⅰ级,淹没水深大于3m。雷州市东岸的淹没灾害大于西岸。