二维水沙数学模型的建立和应用

河流型水库垂向二维水沙数学模型吴挺峰1,2,罗潋葱2,崔广柏3,秦伯强2,虞左明4,姚志明5(1.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京　210098;2.中国科学院南京地理与湖泊研究所,江苏南京　210008;3.河海大学水文与水资源学院,江苏南京　210098;4.杭州市环境保护科学研究院,浙江杭州　310014;5.杭州市青山水库管理处,浙江杭州　311305)摘要:在垂向二维水动力模型的基础上,叠加了泥沙模型,建立了垂向二维泥沙模型,该模型的主要特点是水动力模型采用斜压模式,可以模拟由于水库水温度分布时空变化对其水动力结构及泥沙沉降速度的影响;泥沙模型采用分步法求解,简化了计算;独立求解粘性泥沙及非粘性泥沙的沉降速度及水土界面交换通量;运用经验公式估算泥沙及水动力模型参数,弥补了资料不足的缺点。

最后运用实测资料对所建泥沙模型进行了有效性验证,结果表明:悬沙模拟值与实测值相对误差较小,时空分布特征相似;同时,模型能较为准确反映由于水库出入流引起的库首与库尾水温及泥沙分布特征。

关　键　词:河流型水库;垂向二维模型;粘性沙;水沙数学模型中图分类号:TV145 文献标识码:A 文章编号:1001-6791(2009)02-0215-07收稿日期:2008-06-03基金项目:国家自然科学基金资助项目(40730529,40501078);中国科学院知识创新工程重要方向性项目(KZCX2-YW -419);浙江省重大科技攻关项目(2005C13001)作者简介:吴挺峰(1981-),男,浙江兰溪人,博士,主要从事环境水文学方面研究。

E -mail :tf wu @niglas .ac .cn 通讯作者:秦伯强,E -mail :qinbq @niglas .ac .cn河流型水库是指在河道中建坝,壅水形成的水库,三峡水库,官厅水库,葛洲坝水库,富春江水库等均属于河流型水库。

河流型水库主要特点是水库水力停留时间较短,库面狭长,水体水温结构时空差异大,某些水深较大的河流型水库还可能出现温度分层现象。

基于无积分节点间断有限元的二维水沙模型：(1)水动力李文俊;张庆河;李龙翔;冉国全【摘要】通过采用节点间断有限元方法对二维浅水方程进行离散,考虑了科氏力、风应力、底摩阻等作用,最终建立了一套高精度二维水动力模型.模型可采用任意四边形网格计算,并应用节点基函数和无积分数值离散方法,有效地减少了计算量.建立的模型通过理想算例对各源项求解、干湿与和谐性进行了验证.最后将模型应用于三亚市红塘湾实际潮流的模拟中,得到结果与全潮水文观测数据吻合良好.【期刊名称】《水道港口》【年(卷),期】2019(040)002【总页数】10页(P125-134)【关键词】无积分节点间断有限元;任意四边形网格;二维浅水方程;潮流模拟【作者】李文俊;张庆河;李龙翔;冉国全【作者单位】天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津300072;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津300072;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津300072;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津300072【正文语种】中文【中图分类】U65;TV143数值模拟方法在二维河流与海岸自由水面流动模拟中得到了广泛应用，它可以合理预测水动力变化规律，并为模拟二维泥沙运动和地形演变、预测污染物输移、指导工程建设[1]等工作提供基础。

过去几十年间，二维水动力模型取得了相当多的成果，有限差分法、有限体积法和有限元法等都在求解二维浅水方程中获得了大量应用。

最近若干年来，间断有限元方法也逐渐开始应用于二维浅水方程的数值模拟，一系列研究者的工作使得这一模型逐步具有了计算干湿、保证和谐特性、保证水深为正等特性[2-4]。

这一模型也逐渐被应用到立波、溃坝以及大范围潮流、海啸、风暴潮等一系列复杂水动力模拟中[5-8]。

间断有限元方法融合了有限元法和有限体积法的诸多优点，不仅可以通过提高单元插值基函数的阶数来获得高精度数值结果，而且可以对数值通量采用有限体积法中的Riemann算子精确计算，确保间断捕捉的准确性和质量的守恒性。

溃堤洪水的二维水动力模型及其应用苑希民;田福昌;冯国娜;王丽娜【摘要】In order to reduce the significant loss of life and property caused by levee-breach flood and to improve the non-projec-tive measures in flood control and disaster prevention, a two-dimensional hydrodynamic model was developed to simulate levee-breachfloodaccurately.Dykebroadeningwastakenintoaccount,localmodelgri dswererefined,andthemodelwasoptimizedu-singthehotstart,drywaterdepth,andwetwaterdepththeory.Inthispaper,themo delwasappliedtosimulatethelevee-breach flood routing in the southern irrigated area of Inner Mongolia section of the YellowRiver. T he actual dike burst data in Kuisu reachoftheYellowRiverwereusedtoverifythemodel.Theresultsshowedthatthe flowfieldissmoothandwel-distributed, which indicated that the research results are reasonable and reliable. The model was also applied to simulate the working condi-tions that two dike burst occurred at Shagedu engineering and Kuisu reach respectively. Flood risk maps were plotted,which can provide important technical support for the flood control risk management and decision in the area.%为了减少堤防溃决造成重大的生命财产损失，加强防洪减灾非工程措施建设，建立了溃堤洪水的二维水动力模型，对溃堤洪水的精细化仿真模拟。

伶仃洋二维非恒定非平衡输沙数学模型摘要:本文采用贴体的正交曲线坐标下的水流运动方程及悬移质平衡输移方程等建立伶仃洋二维非恒定非平衡输沙数学模型。

根据实测的泥沙级配资料,文中模拟20世纪70年代伶仃洋的泥沙特性(粘性泥沙与非粘性泥沙运输特性)。

在该模型中的泥沙输运的冲淤函数,模型参数选取方面,参考已有的伶仃洋河口研究成果,引用国外成熟公式对模型进行了修订和进一步验证,使之更能反映内伶仃洋的水沙特性。

并采用最新的实测地形资料和洪、枯两组水文组合条件进行模拟,将数值模拟结果与伶仃洋的水文站点的实测资料进行验证,其水流、泥沙运动验证精度基本都能达到规范要求。

关键词:非恒定输沙粘性粘性非粘性泥沙伶仃洋1 研究意义及范围泥沙是一个复杂的研究课题,前人对伶仃洋水沙模拟采用过平衡输沙模式,恒定非平衡输沙模式。

但实际上河口水体流动和泥沙运动随时间变化,泥沙伴随冲淤的不断变化,并没有前两者那样理想,因此采用非恒定非平衡输沙模式进行模拟更能反映伶仃洋泥沙运动分布的真实情况。

研究范围为珠江口伶仃洋。

珠江口伶仃洋是珠江主要的入海口,属于准喇叭形河口湾,其范围在东经113°32′～113°55′E,北纬22°12′～22°46′N之间。

北起沙角与大角山咀之间的虎门,宽度约至4公里;南抵香港大屿山岛的鸡翼角与澳门之间的海域,宽30km;由湾顶至大屿山岛-澳门纵向长约60km;海湾面积约2000km2。

2 数学模型的建立(1)水动力模型。

水流连续方程:3 模型参数的确定(1)扩散系数。

悬沙扩散系数AH根据动量扩散系数来选取,一般情况泥沙扩散系数与动量扩散系数相等取1.0。

(2)泥沙的沉降速度。

在模型中非粘性泥沙的沉速设为常数。

(3)泥沙粒径。

不同粒径输运机制不一样,所以有必要了解每一级泥沙的输运分布。

文中引用韩玉梅(2006年)依据863-818-0901项目的数据采用模糊聚类分析方法将伶仃洋泥沙分为三级:细砂中值粒径为0.20,占伶仃洋泥沙含量11.5%;中粉砂中值粒径为0.025,占伶仃洋泥沙含量15.5%;极细砂中值粒径为0.006,占伶仃洋泥沙含量73%。

库区平面二维水沙数学模型的研究与应用
马菲;韩其为;李大鸣;关建伟
【期刊名称】《水利水电技术》
【年(卷),期】2011(042)007
【摘要】本文建立了库区平面二维水沙数学模型,应用有限体积法思想,增强了模型的适应性和灵活性.利用该模型对庙宫水库库区内的水流和泥沙冲淤进行分析研究,结果表明,模型能较好地模拟水库的河道水流泥沙运动及河床变形情况,将其应用于庙宫水库蓄水排沙预报的模拟计算中,通过综合对比,提出了水库现状泄流条件下最优清淤方案.
【总页数】5页(P35-39)
【作者】马菲;韩其为;李大鸣;关建伟
【作者单位】天津大学,建筑工程学院暨港口与海洋工程教育部重点实验室,天津,300072;天津大学,建筑工程学院暨港口与海洋工程教育部重点实验室,天
津,300072;中国水利水电科学研究院,泥沙研究所,北京,100044;天津大学,建筑工程学院暨港口与海洋工程教育部重点实验室,天津,300072;天津大学,建筑工程学院暨港口与海洋工程教育部重点实验室,天津,300072
【正文语种】中文
【中图分类】TV145
【相关文献】
1.干支流汇合口平面二维水沙数学模型研究 [J], 林燕宁;喻涛
2.长江藕池口水道平面二维水沙数学模型研究 [J], 李明;刘林;郑力
3.平面二维水沙数学模型在灞河橡胶坝库区的初步应用 [J], 刘洋
4.游荡型河流的平面二维水沙数学模型 [J], 钟德钰;张红武;张俊华;丁赟
5.一般曲线坐标系平面二维水沙数学模型研究与应用 [J], 谢作涛;张小峰;袁晶;许全喜;杨芳丽
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二维数学模型在分汊河道航道整治工程中的应用王 川（上海市东华大学 上海 201620）摘 要： 所选取河段为为长江下游某一河段，实测资料数据显示：该河段常年以来洪峰流量的max数值表现为92600m /s单位，枯季流量22min数值表现为4620m /s单位，年平均流量表现为28400m /s单位，年平均径流量指标表现为9120亿m /s单位，年平均输沙量指标表现4.09亿吨。

现结合以上实际情况，以二维数学模型作业方式，研究其在分汊河道航道整治工程中的具体应用情况。

关键词： 二维数学模型；分汊河道；航道整治工程；应用；分析中图分类号：U617 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1120146-0222所对应的阻水面积保持一致性，按照此种方式，通过对河底高1 二维数学模型的构建分析程的换算处理，实现对航道整治工程周边网格节点河底高程指1.1 平面二维数学模型构建过程中有关初始条件及边界条标的修正处理。

件的确定分析2）其次，从局部糙率的修正角度上来说，其主要是指通在当前技术条件支持下，有关平面二维数学模型的构建过过增大分汊河道航道整治工程周边二维计算网格节点糙率指标程中，初始条件的确定主要包括网格点上水位初值以及流速初的方式，实现对河道航道整治工程兴建状态下，其相对于河道值这两方面。

而对于边界条件的确定而言，主要指标包括对河阻水指标的影响予以真实且有效的反应。

在本文所研究的分汊道进出口边界指标、岸边界指标以及动边界指标的处理这三方河道航道整治工程研究案例当中，需要针对整治工程中的建筑面。

对于本文所研究分汊河道航道整治工程而言，应重点关注物阻力指标进行必要的概化处理。

在此过程当中，需要对应的以下几点问题。

1）初始条件的确定分析：在有关初始条件的确定过程当中，需要形成以下几个方面的指标，具体表达式应当为：① 该式中 代表局部水头损失系数， 代表分汊河道航道② 整治工程前所对应过水断面面积指标， 代表分汊河道航道整③治工程后所对应过水断面面积指标。

HydroMPM2D是一个由珠江水利科学研究院研发的二维水动力及其伴生过程耦合数学模型。

这个模型基于科学原理和数学方法，详细地描述了水动力及其伴生过程的相互作用和变化。

该模型主要涵盖了珠江流域的水动力过程，包括水流、波浪、泥沙输移、水质变化等多个方面。

同时，它也考虑了这些过程之间的耦合关系，如水流对泥沙输移的影响，波浪对水质变化的作用等。

模型的应用范围广泛，可以用于河流、湖泊、近海等水域的水动力模拟和预测。

通过输入相关的水文、气象、地形等数据，模型可以模拟出水流、波浪、泥沙输移等水动力过程的变化情况，为水资源管理、水环境保护、水灾害防治等领域提供科学依据。

此外，HydroMPM2D模型还具有高度的灵活性和可扩展性，可以根据不同的需求进行定制和修改。

这使得模型在实际应用中具有更强的适应性和实用性。

综上所述，HydroMPM2D水动力及其伴生过程耦合数学模型是一个基于科学原理和数学方法的复杂系统模型，具有广泛的应用前景和实用价值。