复式河道一维洪水演进数值模拟
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复式河道水流特性数值模拟研究的开题报告
复式河道水流特性数值模拟研究的开题报告一、研究背景及研究意义随着城市化进程不断加快，城市河道的治理也变得非常重要。
目前大部分城市河道的设计采用的都是复式河道，它不仅可以提高水环境质量，还可以起到缓解城市水logging等问题的作用。
然而，复式河道在设计时需要考虑更多的因素，如岸线、流速、流量等，以确保复式河道的稳定运行。
因此，进行复式河道的水流特性数值模拟研究，可以更好地了解复式河道在不同条件下的水流特性，为复式河道的设计和治理提供依据。
二、研究内容本研究将采用数值模拟方法，研究复式河道在不同条件下的水流特性，包括：1. 复式河道的几何形态和水动力学参数的建模与计算。
2. 复式河道的水流特性的数值模拟，并对比实测数据进行验证。
3. 分析不同复式河道参数对水流特性的影响，如岸线形状、宽度、深度、流量等。
4. 探讨复式河道的优化设计方案，提出针对性的治理建议。
三、研究方法1. 建立复式河道的几何模型，包括岸线形状、宽度、深度等参数。
2. 根据模型的几何形态和水动力学参数，建立水流模型，采用有限体积法等数值方法进行计算。
3. 对比模拟结果和实测数据进行验证，分析误差来源和改进方法。
4. 将不同参数进行组合，分析复式河道在不同条件下的水流特性变化，提出复式河道的优化设计方案。
四、预期结果研究预期可以得出以下结论:1. 复式河道的水流特性会受到不同设计参数的影响，如岸线形状、宽度、深度、流量等。
2. 可以通过数值模拟方法预测复式河道的水流特性，并与实测数据进行对比验证，为复式河道的设计和治理提供依据。
3. 可以提出复式河道的优化设计方案，减少水logging等问题的发生，提高复式河道的治理效果。
五、研究难点1. 建立复式河道的准确数学模型，包含复杂的几何形态和水力特性。
2. 采用数值模拟方法进行计算和分析，需要考虑多种物理条件的交互作用。
3. 实验数据的获取与验证，需要保障实验条件的一致性和可靠性。
六、论文结构1. 绪论：对复式河道的研究背景和意义进行介绍，提出研究的目的和意义。
基于MIKE21 FM模型的防洪区洪水演进数值模拟
基于MIKE21 FM模型的防洪区洪水演进数值模拟摘要：本文以梯形断面河道为背景，应用MIKE21 FM软件计算桥梁在防洪区洪水演进中，桥墩的雍水情况。
对比讨论了三种桥墩概化方式：桥墩作为陆地边界，桥墩网格内部不参与数值计算、不进行剖分；桥墩作为陆地边界，桥墩网格内部不参与数值计算、不进行剖分；关键词：MIKE21 FM模型；洪水演进；数值模拟MIKE21模型在近几年的应用中体现出精度高、稳定性强、计算效率高等优点，模拟结果具有合理性。
本次通过MIKE21 FM模型的模拟计算及结果分析，可以看出将桥墩边界作为陆地边界处理，内部不参与数值计算的方法，与实际情况较为吻合。
模拟结果具有参考性。
通过对比3种桥墩概化方式在MIKE21 FM中的模拟结果可知：一般情况下，修正局部糙率模拟结果偏小；修正局部地形模拟结果精确度在网格足够精细条件下，可以得出较好的模拟结果。
一、MIKE21 FM模型概述MIKE21 FM是丹麦水利研究所研发的一种平面二维模型，该方法以水动力研究为基础，进过了几十年的发展与改进，MIKE21 FM模型的应用己经成为一种比较成熟及普遍的洪水演进数值模拟模型。
三角形网格是MIKE21 FM模型的基础，网格剖分灵活多变是该方法的优点，可以实现对现实中弯曲多变的地形条件进行实际模拟[1]。
二、工程背景本次选用怀沙河为研究区域，所在流域为怀沙河流域，该流域总面积为175.2km2，其中平原为17.2 km2，怀沙河全长28.7公里。
河流发源于怀柔县沙峪乡南、北苇滩，经三岔村进入长城，后与响水湖支流汇合，形成的干流经沙峪、辛营，最后于城关乡凯甲村附近入怀柔水库。
沿河有多处泉水汇入。
年均流量4765万立方米。
1972年在口头村的洪峰达1751 m3/s。
考虑到MIKE21 FM在工程中已得到广泛的应用，并在洪水演进研究中模拟结果比较稳定，本文基于MIKE21 FM模型，就3种不同的桥墩概化方式：①桥墩视为陆地边界，桥墩内部网格不剖分，不参与数值计算；②桥墩处局部地形修正法；③桥墩处局部糙率修正法，通过增大桥墩处糙率值来模拟桥墩的阻水作用。
应用MIKE对河流一、二维的数值模拟的开题报告
应用MIKE对河流一、二维的数值模拟的开题报告开题报告1. 研究背景和意义河流是一种重要的自然水文系统，对生态环境、水资源管理等方面具有重要的影响。
水文模型是研究河流水文过程和水资源管理的重要工具之一，而数值模拟则是水文模型中的重要手段，可以用来模拟河流的一些关键过程，例如洪水演进过程、水质变化过程等。
与传统的物理模型相比，数值模拟具有计算效率高、可靠性强、操作简便等优点，因此在河流水文研究和水资源管理方面具有广泛应用前景。
MIKE是一种常用的水文模型软件，可用于河流、湖泊、海洋等自然水文系统的模拟。
在MIKE软件中，一、二维模型能够准确地刻画河流、湖泊的流域形态、水文过程和水质变化等关键过程，特别是对于复杂的河流水文系统，二维数值模拟技术能够更加准确地描述洪水的演进和河道的冲淤变化，因此在河流水文研究和水资源管理方面具有广泛的应用前景。
2. 研究内容和目标本研究旨在运用MIKE软件对河流一、二维的数值模拟进行研究。
具体研究内容如下：1）构建河流一、二维数值模型，包括建立河流几何形态模型、确定水力参数、确定边界条件等。
2）验证数值模拟的准确性，采用实际河流的资料进行验证，通过对比实际观测值和数值模拟结果，评估数值模拟的可靠性。
3）利用建立的数值模型进行水位、流量、水质变化等关键过程的数值模拟，分析洪水时系数、流量和水位的变化规律，评估河流对环境的影响，为河流水资源的科学管理提供决策支持。
3. 研究方法本研究将采用系统的实验研究方法，具体包括：1）资料收集：收集实际河流的资料，包括地形、水文、水质等方面的观测数据。
2）数值模型构建：利用MIKE软件建立河流一、二维数值模型，包括参照实际河流的地形数据建立几何形态模型、确定水力参数和边界条件等。
3）模型验证：利用实际河流的资料进行模型验证，通过对比实际观测值和数值模拟结果，评估数值模拟的可靠性。
4）模型应用：通过建立的数值模型进行水位、流量、水质变化等关键过程的数值模拟，分析洪水时系数、流量和水位的变化规律，评估河流对环境的影响，为河流水资源的科学管理提供决策支持。
一维数字模拟在山区河道型水库溃坝洪水中的运用
一维数字模拟在山区河道型水库溃坝洪水中的运用应凯;周斌;李双江【摘要】阐述了Saint-Venan方程差分求解山区河道型水库溃坝洪水的基本方法,说明了该方法在池芦水库溃坝洪水模拟的情况,并与传统概化抛物线法计算溃口流量过程进行了对比.对比结果表明该方法较传统溃坝洪水计算方法精度有所提高,可供设计同行参考.【期刊名称】《江西水利科技》【年(卷),期】2016(042)003【总页数】4页(P208-211)【关键词】洪水;溃坝;数值模拟;池芦水库【作者】应凯;周斌;李双江【作者单位】江西省南昌市水利规划设计院,江西南昌330009;广东省汕尾市水利水电规划设计院,广东汕尾516600;河南省三门峡市水利勘测设计有限责任公司,河南三门峡472000【正文语种】中文【中图分类】TV122+.4坝体溃决后，突然失去阻拦的水体以立波形式向前推进，其运动速度和破坏力远比一般洪水大，造成的灾害往往是毁灭性的，溃坝洪水的分析也是部分水利工程设计的一项重要内容。
溃坝洪水过程与水库蓄水容积、坝上、下游水位、溃决过程及坝址上、下游河道的两岸地形有密切关系。
工程设计中传统溃坝洪水的计算通常都是先用理论或经验公式计算溃口最大流量，再采用抛物线概化流量过程线，推求近似的溃坝洪水过程。
对于山区河道型水库，库区和下游河道断面狭窄，水流可近似视为一维流动，溃坝洪水可采用一维非恒定流(Saint-Venan方程)推算，方法并不复杂，精度较传统方法有一定的提高，可供设计同行参考。
池芦水库[1]拟建于黄河流域洛河水系支流永昌河上，坝址控制流域面积18.10 km2，是一座以灌溉、供水为主，兼有防洪任务的小(1)型水库。
池芦水库正常蓄水位616.00 m(黄海高程，下同)，兴利库容185.00万m3；水库设计洪水位618.00 m(30年一遇)、校核洪水位618.80 m(200年一遇)，总库容284.40万m3；死水位602.00 m，死库容38.50万m3。
【国家自然科学基金】_洪水演进模拟_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
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永定河泛区洪水调度数值模拟
永定河泛区洪水调度数值模拟李大鸣;王笑;赵明雨;张建中;刘思清;刘江侠【摘要】The one-dimensional and two-dimensional linkup model of many diversion entrances nested was put for-ward,which has independent river network computing with side discharging,and the mathematical model of one-dimensional river coupled with two-dimensional horizontal flood routing was established. Combining with the histori-cal flood investigation data,model validation was carried out on the evolution of Yongding river detention basins, and the results are basically consistent with the measured results. The proposed model was applied to the simulation of flood dispatching scheme in Yongding river detention basins,simulating the flood routing process under three work-ing conditions,that is,without the airport,after recent construction and after long-term construction. By analyzing and comparing the variation of flood level,detention volume,submerged area before and after the construction of the airport,the simulation results show that each flood diversion entrance opens earlier,that the opening order of Sifaxinzhuang village diversion entrance changes,and that higher water level,increment of flood diversion and variation of submerged areas have little effect on the dispatching scheme,indicating the feasibility of the airport con-struction. The study provides necessary parameters and basis for the flood damage assessment of flood inundation area and the amendment of corresponding dispatching scheme.%提出了具有旁侧出流的河网独立计算的一、二维多口门嵌套衔接模式，建立了一维河道嵌套于平面二维永定河泛区洪水演进水流数学模型。
一维溃坝模拟及四川堰塞湖应急计算
中文摘要溃决预报和洪水演进预报是防洪减灾工作中基础性的内容，合理预报大坝溃决过程对于制定防御措施、保护下游人民生命财产安全具有重大意义。
本文提出了基于人工粘性的修正MacCormack数值格式，方法简洁，精度高且计算速度快，可用于一维溃坝波的模拟中；针对“5.12”四川汶川地震后可能的堰塞湖溃决次生灾害，应用所建立的瞬间溃决模型，为肖家桥、老鹰岩等多个堰塞湖和病险水库进行了不同溃坝工况下的洪水波演进计算，计算结果应用于实际应急方案的制定；建立了堰塞体溃口发展概化模型，描述堰塞体溃决过程中泄流槽在纵向、垂向以及侧向的发展过程，并和水动力学模型耦合建立了一维土水耦合计算模型，应用于唐家山堰塞湖的溃决过程模拟，合理预报了溃口最大流量及其出现时间，为唐家山堰塞湖的泄流除险和下游防灾减灾工作提供了计算依据。
关键词：溃决洪水演进堰塞湖溃口发展模型 MacCormack格式ABSTRACTForecast of dam breach and outburst flood routing is of fundamental work in flood defense and hazards prevention, which is essentially important for dealing with ill reservoirs and quake lakes. A modified numerical scheme with artificial viscosity based on the MacCormack predictor-corrected method was developed. This new scheme has its advantages including simple form, high precision, and good efficiency and was applied to simulation of 1-D outburst flood routing. Dam-break scenarios of barrier dams, caused by the “5.12” Sichuan Wenchuan Earthquake, were examined through using the 1-D flood routing model. The calculation results were adopted in establishing urgent action scheme to mitigate potential flood hazards from quake lakes. Meanwhile, a one-dimensional conceptual model for breach development was built up for predicting dam erosion processes in the longitudinal, vertical, and transverse directions. The breach process of the Tangjiashan barrier dam, the largest one formed in the “5.12” Sichuan Wenchuan Earthquake, was then simulated and reasonable predictions of critical parameters including peak discharge and its occurrence time were achieved. This contributes to effective emergency management of barrier dams for quake relief.Keywords：dam breach, flood routing, quake lake, breach developing model, MacCormack scheme目录第1章绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2研究现状 (1)1.2.1国内外研究现状 (1)1.2.2溃坝水流数值模拟研究进展[1-2] (2)1.2.3溃决过程研究[6] (4)1.3问题提出 (5)第2章一维溃坝洪水波的数值计算 (7)2.1控制方程 (7)2.2基于MacCormack的有限差分格式 (8)2.2.1MacCormack预测校正方法[4,8] (8)2.2.2修正的MacCormack预测校正方法 (9)2.2.3添加人工粘性的修正MacCormack预测校正方法 (10)2.3针对地形的特殊处理 (11)2.3.1非矩形棱柱形断面的处理 (11)2.3.2复合断面的处理 (12)2.3.3底坡源项的处理 (12)2.4经典算例验证 (13)2.4.1格式捕捉间断和处理虚假振荡 (13)2.4.2格式的精度比较 (15)第3章一维溃决过程数值模拟 (16)3.1溃坝侵蚀机理 (16)3.2溃口纵向、垂向的变形 (17)3.3溃口侧向展宽过程模拟 (19)3.4土水耦合计算 (21)第4章四川地震灾区堰塞湖应急计算 (23)4.1堰塞湖溃决应急计算的重要性 (23)4.2溃坝洪水演进计算 (24)4.2.1计算方法 (24)4.2.2唐家山溃坝洪水计算 (25)4.2.3肖家桥溃坝洪水计算 (28)4.2.4灌滩堰塞湖溃坝洪水计算 (32)4.2.5老鹰岩、灌滩串联堰塞湖相继溃洪水计算 (32)4.2.6莲花洞病危水库溃坝洪水计算 (36)4.2.7东河病危水库溃坝洪水计算 (39)4.3唐家山溃决过程模拟 (42)4.3.1流量过程预报 (42)4.3.2坝前相对水位变化 (43)4.3.3溃口型态分析 (44)第5章结论 (47)插图索引 (48)表格索引 (50)参考文献 (51)致谢52附录A 外文资料的调研阅读报告（或书面翻译） (1)第1章绪论1.1 研究背景我国是世界上建坝最多的国家，各种大坝为地区的社会经济发展提供了不可替代的清洁水源以及能源保证，同时也为区域的防洪安全提供了保障。
天然河道洪水演进数值模拟及动态可视化研究
大帮 助 。
Ｏ ＋ ｔ
旦ｆ
Ｏ ｘ
Ａ
） ＋ ＋ ｇ 差
＝ ２ ０ ） （
式 中 ， 为时 间坐标 ； 为空 间坐标 ； ｔ Ｑ为流量 ； ｈ为水 位； Ｃ为谢才 系数 ； Ａ为过 流断 面面积 ； Ｒ为水 力半 径 ； ｇ为 重力 加速度 ； ｑ为单 位长 度旁侧 入 流流量 。
麦水 力研 究所 研 制 的 ＭＩ Ｅ系列 和 Ｅ Ｒ 公 司开 发 的 Ｋ ＳＩ
形 处理 和表 达 以及 与 之结 合 的相 关 学科 的推 动 ， 其 使 在 测绘 制 图 、 资源管 理 、 城乡规 划 、 灾害 预测 、 宏观 决策 等方 面表现 出强 大的生 命力 。
Ａｃ Ｉ ｒＧ Ｓ软件 成 为 其 研 究 的 重 要 工 具 。许 多 学 者 运 用 ＭＩ Ｅ软 件模 拟 了洪 水过 程 ‘ ］将 计算结 果绘 于表格 Ｋ ’ ， 和 图形 中 ， 这种 表达 方式不 够直 观生 动 ； 也有 前人 基 于 Ａｃ Ｉ ｒＧ Ｓ制作 洪 水 淹 没 图 ， 结 合 水 文 模 型 并 对 或
Ａｃ Ｉ ｒＧ Ｓ进行 二 次开发 实现 洪水 演 进 可视 化 。 ， 对水 。但 动力学模 型 与 Ａ ｃ Ｉ ｒＧ Ｓ结合 的研 究相 对较 少 。 因此 ， 基
１ １ ＭＩ Ｅ ｌ Ｈ ． Ｋ ｌ Ｄ与 理 论 基 础
Ｍ Ｋ １ Ｄ 水 动 力 学 模 型是 ＭＩ Ｅ １的 核 心 模 Ｉ Ｅ １Ｈ Ｋ１ 块 ， 的理论 基础 为 明渠非恒 定 流控制 方程 ， 它 即圣 维南 方程 组 ， 由连续方 程 和运动 方程 组成 ：
收 稿 日期 ： ０ ｌ— Ｏ一２ ２１ Ｊ ５
顺 序交 替计算 水位 和流 量 。
１ ２ Ａ ｃ Ｉ 可 视 化 ． ｒＧ Ｓ与
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式 中 ， 为时 间坐标 ； 为空 间坐标 ； ｔ Ｑ为流量 ； ｈ为水 位； Ｃ为谢才 系数 ； Ａ为过 流断 面面积 ； Ｒ为水 力半 径 ； ｇ为 重力 加速度 ； ｑ为单 位长 度旁侧 入 流流量 。
麦水 力研 究所 研 制 的 ＭＩ Ｅ系列 和 Ｅ Ｒ 公 司开 发 的 Ｋ ＳＩ
形 处理 和表 达 以及 与 之结 合 的相 关 学科 的推 动 ， 其 使 在 测绘 制 图 、 资源管 理 、 城乡规 划 、 灾害 预测 、 宏观 决策 等方 面表现 出强 大的生 命力 。
Ａｃ Ｉ ｒＧ Ｓ软件 成 为 其 研 究 的 重 要 工 具 。许 多 学 者 运 用 ＭＩ Ｅ软 件模 拟 了洪 水过 程 ‘ ］将 计算结 果绘 于表格 Ｋ ’ ， 和 图形 中 ， 这种 表达 方式不 够直 观生 动 ； 也有 前人 基 于 Ａｃ Ｉ ｒＧ Ｓ制作 洪 水 淹 没 图 ， 结 合 水 文 模 型 并 对 或
Ａｃ Ｉ ｒＧ Ｓ进行 二 次开发 实现 洪水 演 进 可视 化 。 ， 对水 。但 动力学模 型 与 Ａ ｃ Ｉ ｒＧ Ｓ结合 的研 究相 对较 少 。 因此 ， 基
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Ｍ Ｋ １ Ｄ 水 动 力 学 模 型是 ＭＩ Ｅ １的 核 心 模 Ｉ Ｅ １Ｈ Ｋ１ 块 ， 的理论 基础 为 明渠非恒 定 流控制 方程 ， 它 即圣 维南 方程 组 ， 由连续方 程 和运动 方程 组成 ：
收 稿 日期 ： ０ ｌ— Ｏ一２ ２１ Ｊ ５
顺 序交 替计算 水位 和流 量 。
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复式河道一维洪水演进数值模拟
［+］ 率 ：
图#
复式河道断面形态示意图
假设滩地和主槽中水流的摩阻比降相同， 所以
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流相互影响作用形成一种复杂的流动现象， 其物理 表现为典型的三维特性。随着现代计算技术和计算 机的高速发展， 人们已成功地开发出求解漫滩水流 的三维紊流数学模型， 所采用的紊流模型主要以三 维紊动代数应力模型为主， 但这样对于求解长河段、 长系列的洪水演进， 通过三维模型显然是不适合的。 传统的复式断面水力计算方法有单式断面法和分割 断面法， 这些方法的计算结果仅在高水位时趋于一
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流相互影响作用形成一种复杂的流动现象， 其物理 表现为典型的三维特性。随着现代计算技术和计算 机的高速发展， 人们已成功地开发出求解漫滩水流 的三维紊流数学模型， 所采用的紊流模型主要以三 维紊动代数应力模型为主， 但这样对于求解长河段、 长系列的洪水演进， 通过三维模型显然是不适合的。 传统的复式断面水力计算方法有单式断面法和分割 断面法， 这些方法的计算结果仅在高水位时趋于一
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溃坝洪水演进一维水动力模型
溃坝洪水演进一维水动力模型吕佳豪;侯精明;李东来;荆海晓;陈光照【期刊名称】《山地学报》【年(卷),期】2024(42)1【摘要】中国是受洪水灾害影响最严重的国家之一。
洪水数值模型可准确地反映洪水的演进与致灾过程。
本研究针对天然河道洪水过程存在的尺度大、水流流态复杂、河道断面形式多变以及计算建模困难等问题,提出一套基于Godunov格式的有限体积法离散圣维南方程组的一维水动力模型,并采用求解复杂断面水力要素之间关系的方法,提高了一维水动力模型求解的精度与效率,精确地反映了复杂断面河道的水流运动特性。
将模型模拟得到的数值解与算例中的解析解或实测数据进行对比,结果表明:(1)构建的一维水动力模型模拟结果与理想算例解析解及实验实测数据吻合程度均较高,所有算例的E NS均大于0.5,说明模型具有良好的稳定性和适应性;(2)将模型应用至金沙江白格堰塞湖溃坝洪水算例中,模拟得到的流量峰值及整体洪水过程均与实测过程吻合较好,在叶巴滩和苏洼龙两个测点处E NS分别为0.633和0.812,证明了模型在实际应用中的适用性与可靠性。
结果表明,开发的一维水动力模型对溃坝洪水等水流流态复杂、突发性强的洪水过程具有良好的模拟效果。
本研究可为河道及溃坝洪水风险的初步、快速评估等工作提供有效的模拟支撑。
【总页数】9页(P123-131)【作者】吕佳豪;侯精明;李东来;荆海晓;陈光照【作者单位】西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TV133.2【相关文献】1.整体模型法在城市水库溃坝洪水演进数学模型研究中的应用2.平面二维数学模型在土石坝溃坝洪水演进中的应用3.溃坝洪水演进及溃坝水流对下游坝体冲击研究4.基于改进SPH模型的溃坝洪水演进模拟方法因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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复式河道一维洪水演进数值模拟
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