李荣辉[1]2003年在《广义浅水方程及工程应用初步研究》文中研究说明在水利工程中经常需要采用数学模型模拟水流的流态，浅水方程是进行平面流态模拟计算的基本控制方程，但因其忽略了流速垂线分布的不均匀性，在模拟某些平面流态(如风生流动、河湾水流、潜坝等工程附近的流动)时存在一定的局限性。 为此，本文从水流运动的基本方程、浅水流动这些基础概念出发，通过动量系数的引入，修正二维浅水方程组中动量方程的对流项和底部摩阻项，建立了广义浅水方程的基本形式，并重点研究了一种适用于潜坝平面流态模拟的广义浅水方程。 据此应用DSI法建立了相应的计算模式，利用水槽试验进行验证，并将该模式的计算结果与浅水方程的结果进行比较。验证比较表明，计算的流速、水位与试验值吻合都较好，说明对此类工程流场的模拟应用广义浅水方程更有效。 最后，应用正交曲线网格技术，建立了正交曲线坐标系下广义浅水方程的计算模式，将之应用于长江口深水航道整治工程的流场计算，进行实测水位、流速验证和流场模拟。验证结果，计算的水位流速与实测值吻合较好；流场模拟结果符合潜坝水流运动的一般规律，令人满意。计算表明该模型可用此类工程附近流场的模拟计算。
孙广才[2]2009年在《曲线坐标系下水动力模型的修正研究及应用》文中提出在水利建设和国民经济建设的许多领域中,研究水流和伴随着水流的热输运、物质输运都具有极其重要的意义。江、河、湖、海以及地下的水体昼夜不停地运动,携带着热量、泥沙、盐份和各类污染物质,改变着我们的生活环境。为了兴水利、除水害、作为水资源综合利用的第一步,必须探明水流运动的规律和伴随水流发生的热输运、物质输运的规律。对水流和输运现象进行预测,工程设计人员才能从大量的方案中选取最优设计方案,并保证其设计得以实现。准确地预测水流和输运现象,还能帮助我们预报乃至控制一些潜在的灾祸,如水体污染、洪水、潮汐等。预测的实质,是在给定的物理条件下,求出控制着物理过程的若干变量在空间的分布和随时间的演变。预测的方法,基本上可分为两类：实验研究和理论计算。本文采用理论计算的方法,基于现代紊流理论、现代数值计算方法建立适合描述水利工程中紊流规律的非线性数值模型,即曲线坐标系下的二、叁维紊流水动力模型,旨在提高紊流精细模拟的实用性,以求有效地解决水利工程中的水流和输运现象的实际问题。因此,该研究既具有理论意义,又具有工程实用价值。本文的主要研究内容：1)对选题的目的和意义进行了论述；对水流与水质数值模拟发展的现状进行了系统的分析和评述,并提出了本文的研究问题；对现代紊流理论、数值计算方法进行了详细的综述、归纳和总结,并提出了本文采用的模型与方法；对紊流数值计算中的关键性技术问题(离散方法、自由表面位置的确定问题、复杂边界的处理方法等)进行了详细的综述和研究。2)提出一种生成正交曲线网格的新方法,收敛速度快,在复杂边界流场区域的数值计算中,有很大的实用价值。3)基于正交曲线拟合坐标系,建立了一种模拟二维非恒定弯曲边界明渠紊流的深度平均模型,并对流速深度平均值和二次流流速分布之间的差异所带来的影响进行修正,使其计入二次流的影响。采用修正的紊流模型计算紊动应力项；采用正交曲线拟合坐标技术处理复杂的实际计算域边界；采用试验数据验证所建计算模型的准确性和适应性,计算结果都与实验值有很好的一致性,从而证明流速深度平均值和二次流流速分布之间的差异带来的弥散应力项是影响大曲率弯道流动的最主要的应力。4)为了克服复杂几何边界给数值计算带来的困难,提高通用性以及水流的预测精度,本文将采用上述网格生成技术,将直角坐标系叁维非恒定明渠紊流的数值模型,发展成曲线坐标系系统的多层紊流水动力模型,即平面上采用曲线拟合坐标系,在垂直方向采用sigema坐标变换。一般的曲线坐标和非交错网格系统的应用增强了模型计算复杂边界的叁维流动的能力。5)为了提高模拟具有自由表面,受显着曲率壁面影响的弯曲明渠水流的能力,本文对曲线坐标系下的紊流水动力模型进行了曲率效应修正,计入曲率效应的影响,在一定程度上考虑了紊流的各向异性效应,‘是一种很有工程实用价值的模型。6)采用实例验证本文所建立的叁维非恒定数值模型；并应用于叁峡工程截流水流流态的数值计算中。
王南南[3]2015年在《基于MOST传播模型的中国边缘海近岸水域海啸强度评估研究》文中研究指明海啸是造成人员伤亡和经济损失最严重的自然灾害之一。基于Method of Splitting Tsunami (MOST)数值模型的海啸淹没预报系统能够模拟海啸的产生、传播和淹没过程,实时地进行海啸的预报预警工作。多次历史海啸的实测值与数值模拟值的比较结果证明了该模型的有效性和准确性。该预报系统整合了叁个关键组分：海啸的实时深海观测、基于深海观测和海啸传播数据库的海啸源反演、高精度淹没模型计算爬坡。本文基于此模型研究了海啸波信号波的实时提取、全球海啸传播数据库的构建及中国边缘海近岸水域海啸振幅强度评估叁个问题。海啸事件发生过程中,海啸探测仪DART(?)记录的海面高度信号中包含潮汐信号、海啸波信号和背景噪声,实时预报系统需要在最短的时间内分离出海啸波信号从而反演海啸源,进而数值模拟海啸数值传播及上岸过程。本文采用经验模态分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)方法解决这个问题,此方法适于分解非线性非平稳信号。首先基于经典EMD方法提出了线性算子EMD (LO-EMD)算法,即在高阶导数空间中给出本征模态函数(Intrinsic Mode Functions, IMFs)的定义并转化为优化问题,利用线性算子表示出IMFs。相比于经典EMD方法,此方法在分辨率、模态混淆及抗噪性问题方面有所改进。将LO-EMD方法应用到从海面高度模拟信号分离海啸波信号问题,相比调和分析等方法,此方法采用较短的数据序列就能够达到较高的分解准确度。分离得到的海啸波信号与海啸传播数据库中的海啸源函数结合反演出海啸源,从而为进一步的海啸上岸数值模拟提供初始和边界条件。目前的海啸传播数据库分别覆盖太平洋、大西洋以及印度洋,模拟的海啸传播时间在24 h-36 h。本文基于MOST海啸传播模型,采用全球地形网格以及不同于构建太平洋海啸传播数据库时采用的边界条件,提出全球海啸传播数据库的构建。通过比较一维、二维数值模型的解析解与数值解验证了边界条件的有效性。以2011年3月11日发生的日本海啸为实例,DART(?)实测值与采用数据库计算得到的结果比较表明：计算网格的更新使得对于远离海啸源的一些DART(?)站及验潮站处初始海啸波数值计算结果有改善,边界条件的改变对于提高后续波的模拟结果有影响。同时模拟结果验证了海啸振幅和传播速度在深海中的传播是线性的;采用新边界条件时,MOST模型的数值耗散更少。收集Global CMT地震目录中对中国沿海存在海啸威胁的历史地震,根据记录的地震参数计算MOST模型的输入参数。采用MOST模型模拟五次有实测海啸记录的历史地震产生的海啸,实测记录与数值模拟结果的比较说明,采用历史地震记录计算的作为MOST模型的输入参数,并据此数值模拟历史海啸,该方法是可行性的。MOST模型与Boussinesq模型的比较结果确定了使用MOST模型模拟历史地震引发的海啸增水时在中国附近海域采用1 arc min的计算网格,并采用50 m水深处的海啸振幅对中国边缘海近岸水域海啸振幅强度进行评估。对中国边缘海近岸水域海啸振幅进行统计分析并计算长期重现值,给出长期重现期下中国沿海容易遭受海啸危害的海域。广义Pareto分布(GPD)的阈值选择方法验证了采用7级及以上的历史地震作为研究对象是合理的。7级及以上历史地震的发生频次采用Poisson分布拟合,历史地震矩震级和离岸海啸振幅的一维概率分布分别采用Poisson-GPD和Poisson-Lognormal分布拟合。在假设2011年3月11日日本海啸的重现期为500年的条件下,计算了中国边缘海近岸水域海啸振幅的长期重现值。当重现期为1000年时,广东省东北部海域、福建省西南部海域、台湾除邻接台湾海峡的海域、浙江省东北部海域和上海市附近海域的离岸海啸振幅超过20 cm；特别当重现期为2500年时,广东省东北部海域、福建省西南部海域及台湾高雄南部和东部海域的离岸海啸振幅达到50 cm。采用Gumbel Copula函数构造地震矩震级和中国边缘海近岸水域海啸振幅的联合概率分布并计算联合重现值。当联合重现期为1000年时,海啸振幅超过20 cm的海域在广东省、福建省、台湾、浙江省与上海市附近海域。
张蕾[4]2008年在《奇异值分解技术在卫星资料反演和同化中的应用研究》文中进行了进一步梳理由卫星观测资料反演大气温湿廓线和大气资料同化问题是大气科学领域两类典型的反问题,其共同点在于它们都是希望根据观测资料尽可能精确地推断特定的大气状态。和大多数反问题一样,这两类反问题在求解时也面临着两个困难:(1)由于观测信息不足以确定所需要的大气状态,问题是欠定的;(2)反演结果可能对观测误差很敏感,即反演解不稳定。然而对于大气这样强迫耗散的非线性系统,现有的研究表明,存在着系统状态向外源的适应。从数学上讲,就是无论初始状态如何,系统状态都会演变到状态空间的吸引子。而这样的吸引子在相空间的体积为零。这就告诉我们,对于用计算网格离散化的大气状况而言,如果其自由度是N,实际可能出现的大气状况只会落在这个N维空间中的一个维数低得多的子空间中,这个子空间就是吸引子构成的空间。因此解决欠定性困难的一个有效途径是将反演或同化解限制在能够覆盖吸引子的子空间内,而不是在网格空间求解。由于观测噪音往往带有随机的性质,落入覆盖吸引子的子空间内的成分会很小,这样一来也可以有效地滤除观测中的噪音,增加反演和同化的稳定性。可以利用历史观测或模式模拟资料,根据经验正交函数分解(EOF)或奇异值分解(SVD)方法,近似地找出支撑起这个子空间的基底向量。基于以上认识,本文在前人研究的基础上对将SVD用于卫星资料反演和大气资料同化的方法作了进一步的研究。在关于由卫星观测资料反演大气温湿廓线的研究方面,本文提出应该在叁维空间同时反演大气温度和湿度,而不是像传统的方法那样在垂直一维空间进行独立反演。由此提出了一种叁维物理统计反演方法,该方法对叁维空间的大气温度和湿度场作SVD,用这样得到的基向量来表征大气温度和湿度的空间结构。利用模式模拟资料和实际观测资料对方法作了检验,并和相应的一维反演方法作比较。结果表明,和一维反演方法相比,叁维反演方法可以在反演中更多地保留观测中的有用信息和滤除更多的观测噪音,明显提高了反演精度。在有关同化方法的研究方面,对原有的基于集合的降维同化方法作了分析研究,并给出一种新的基于集合的降维同化方法,这一方法和原有的同化方法之不同在于将多个时刻的大气变量作为分析变量同时分析。分别采用复杂程度不同的模式(叁参数动力模型、浅水方程模式和中尺度天气预报模式MM5)和模式模拟资料对几种基于集合的降维同化方法的可行性和同化效果进行检验并将结果与变分资料同化方法作对比。数值试验结果表明基于集合的降维同化方法具有较好的将观测信息在时间、空间和不同变量之间进行传递的能力,在多数情况下会好于普通的变分方法,对观测误差的敏感性也要小得多。并且基于集合的降维同化方法不需要显式地给出背景误差协方差和对其作求逆运算,也不需要伴随模式,计算相对简单。同时本文还给出一种将基于集合的降维同化方法与四维变分同化方法相结合的混合同化方法,利用叁参数动力模型和浅水方程模式对方法的同化效果进行了检验,并将结果与四维变分同化方法作对比,数值试验结果表明该方法可以提供依流型而变的背景误差协方差,因此相对于传统的四维变分方法具有一定的优越性。最后,针对一次暴雨过程,根据实际的卫星亮温观测资料和反演的温度湿度资料,利用基于集合的降维同化方法分别作了直接同化卫星亮温资料和同化卫星反演资料的数值试验,将结果和4DVAR同化结果作了对比。试验结果表明基于集合的降维同化方法会对原有初始场作出更大的调整,同化后的预报降水对降水落区和降水范围的预报更好一些,这说明该方法在大气遥感资料同化方面具有一定优势,是一种比较有潜力的同化方法,值得作进一步研究。
周正印[5]2017年在《考虑不确定性影响的溃坝洪水灾害脆弱性评价研究》文中研究指明水库是所有防洪工程中对洪水的控制能力和调节作用最强的工程,在发电、供水、灌溉、改善生态等方面亦发挥着巨大作用。随着时间的推移,不可避免地会出现许多病库、险库,这些病险水库一旦发生溃坝事故,将严重威胁下游人民生命和财产安全,因此对脆弱性评价进行研究有助于科学的制定溃坝洪水灾害防灾减灾策略;然而溃坝洪水灾害脆弱性表征的是承灾体易于受到伤害的程度和损失的大小,由于溃坝洪水灾害脆弱性评价的复杂性和影响因素的多源性,评价过程中存在着资料匮乏、数据精度低、评价标准不清等问题并受人类认知的局限性限制,致使脆弱性评价存在广泛的不确定性。此外,溃坝洪水演进数值模拟为脆弱性评价提供必要的水力要素支持,由于梯级水库和城市水库溃坝产生的巨大社会影响,非常有必要对梯级水库和城市水库进行溃坝洪水灾害脆弱性评价研究,但是一方面梯级水库溃坝洪水演进数值模拟研究仍处于初始阶段,已有的研究多采用经验公式或者一维浅水方程,缺乏针对梯级水库的叁维溃坝洪水演进数值模拟研究;另一方面复杂下垫面精细建模是城市水库溃坝洪水演进数值模拟的主要难点,而已有研究主要采用一、二维模型,难以精细揭示复杂下垫面下的叁维溃坝洪水演进规律。因此,结合现实需求和研究热点,以梯级水库和城市水库溃坝为研究对象,如何精细地对梯级水库和城市水库溃坝洪水进行叁维数值模拟以便为脆弱性评价提供水力要素支持,如何更加全面的考虑不确定性对溃坝洪水灾害脆弱性的影响,是目前溃坝洪水灾害脆弱性评价亟需解决的关键问题。本文就上述问题开展深入的研究与分析,并取得了以下研究成果:(1)针对目前溃坝洪水灾害脆弱性评价中缺乏系统地考虑不确定性影响的现状,提出了考虑不确定性影响的溃坝洪水灾害脆弱性评价构架体系。首先分析了溃坝洪水灾害脆弱性评价中的随机、模糊、灰色等3类不确定性;其次通过国内外相关脆弱性的总结,讨论了脆弱性的内涵,结合溃坝洪水灾害脆弱性的特点,对溃坝洪水灾害脆弱性进行了定义,并就溃坝洪水灾害脆弱性与溃坝洪水灾害风险的区别进行了辨析;再者根据溃坝洪水灾害脆弱性的表征方式,将溃坝洪水灾害脆弱性评价分为基于指标体系和基于灾损曲线的评价方法;最后在此基础上,建立了考虑不确定性影响的溃坝洪水灾害脆弱性评价框架体系,为溃坝洪水灾害脆弱性评价提供理论指导。(2)针对梯级水库连锁溃坝洪水演进数值模拟多采用经验模型或一维模型以及城市水库溃坝洪水演进数值模拟缺乏复杂下垫面叁维精细建模的研究现状,分别建立了梯级水库连锁溃决洪水演进叁维数值模型和基于复杂下垫面叁维精细建模的城市水库溃坝洪水演进数值模型。在梯级水库连锁溃坝洪水演进数值模拟方面,其与单一溃坝洪水演进数值模拟的不同之处在于不同溃坝洪水之间的汇流、迭加,而且不同溃坝洪水之间的迭加使得洪水具有强烈的叁维特性。此外,一般的洪水数值模拟都是以干河床为初始边界条件,没有考虑具有初始流速的河道洪水。因此在已有研究的基础上,为模拟不同溃坝洪水之间的迭加现象,建立梯级水库连锁溃坝洪水演进叁维数值模型,采用内边界实现不同溃坝洪水之间的动量、质量交换;引入梯级水库连锁溃坝试验,从水深和水面线两方面对本文模型进行验证。在城市水库溃坝洪水演进数值模拟方面,目前已有研究主要采用一、二维模型,不能准确反映复杂地形、地貌上的洪水演进规律。此外对于城市复杂的下垫面,由于二次环流等因素的影响,一、二维模型的应用受到限制。针对上述问题,建立了基于复杂下垫面精细建模的叁维城市水库溃坝洪水演进数值模型。首先提出了叁维高精度数字建模方法,采用多面体网格划分技术,兼具四面体的复杂边界适应性和六面体的数值稳定性;然后建立了耦合VOF法的叁维标准k-?紊流数学模型模,最后引入经典的意大利和比利时城市溃坝洪水试验进行模型验证。(3)针对基于指标体系的评价方法仅考虑评价指标的模糊性,而忽略灰色性的研究现状,提出了耦合灰色关联度-可变模糊集-改进集对分析的溃坝洪水灾害脆弱性评价方法;同时针对基于灾损曲线的评价方法缺乏考虑随机不确定性影响的研究现状,提出了考虑随机不确定性的溃坝洪水灾害脆弱性评价方法。由于目前基于指标体系的溃坝洪水灾害脆弱性评价缺乏系统的脆弱性评价指标体系,且已有的研究仅考虑了评价指标的模糊不确定性,而忽略了灰色不确定性。本文以梯级水库溃坝为研究对象,首先基于PSR(压力-状态-响应,PressureState-Response)模型建立溃坝洪水灾害脆弱性评价指标体系;然后考虑灰色-模糊不确定性,提出耦合灰色关联度-可变模糊集-改进集对分析的溃坝洪水灾害脆弱性评价方法;最后引入基于博弈论的组合赋权思想,以减少主观片面性并提高赋权的科学性。在基于灾损曲线的城市水库溃坝洪水灾害脆弱性评价中,由灾情信息、数据精度、统计方法的影响,评价过程中存在随机不确定性。针对上述问题,首先分析已有的溃坝洪水灾损曲线,考虑建筑群内承灾体纵向分布的特点,对现有的灾损曲线进行了修正;然后建立基于叁维数值模拟的溃坝洪水灾害脆弱性评价模型;最后研究不同土地利用类型和灾损曲线的随机不确定性,提出考虑随机不确定性影响的溃坝洪水灾害脆弱性评价方法。(4)结合溃坝洪水演进叁维数值模型和溃坝洪水灾害脆弱性评价方法,对考虑不确定性影响的溃坝洪水灾害脆弱性评价进行了应用研究。通过对溃坝洪水灾害脆弱性评价过程中不确定性影响的分析,分别采用基于指标体系和基于灾损曲线的脆弱性评价方法进行了应用研究。首先以某梯级水库和城市水库为研究对象进行了溃坝洪水演进叁维数值模拟,分析了溃坝洪水在复杂下垫面上的叁维演进规律;然后考虑灰色-模糊不确定性,采用基于指标体系的方法对梯级水库连锁溃坝洪水灾害脆弱性进行了研究,并与其他方法进行了对比;再者考虑随机不确定性,采用基于灾损曲线的方法对城市水库溃坝洪水灾害脆弱性进行了研究,分析了城市水库溃坝洪水灾害的暴露性、脆弱性以及溃坝洪水灾害脆弱性的不确定性。通过考虑溃坝洪水灾害脆弱性评价过程中的不确定性影响,使评价结果揭示了更为丰富的脆弱性信息,为溃坝洪水灾害脆弱性管理提供理论依据和技术支持。
杨国丽[6]2007年在《基于WENO格式的水流水质数值模拟》文中研究说明随着数值计算技术的发展，数值模拟已经成为一种研究水流水力特性的主要手段，并应用于水利、环境等工程领域中。为了提高水环境问题的预测精度，研究人员对水环境数学模型和求解技术一直在做不断的改进。本文在分析浅水动力学模型的研究现状和发展趋势的基础上，从水环境规划管理的实际需要出发，分析研究了二维水流水质的数学模型。该模型采用有限体积法和高精度WENO(Weighted Essentially Non-oscillatory)格式，离散求解二维浅水方程和对流扩散方程。在求解过程中，采用高斯—格林公式将单元体上的面积分化为单元边界上的线积分，并根据欧拉旋转不变性，将二维问题化为一维问题，从而简化了模型的求解难度。求解跨单元边界的法向通量时采用了FDS(Flux Difference Splitting)格式。为了达到高分辨率数值模拟的目的，本文选择了几种重构单元水力参数的格式进行对比，最后选择具有高分辨率的WENO格式来处理方程中的单元水力参数；并运用Runge-kuttaTVD(Total Variation Diminishing)方法对时间项进行离散，得到了具有二阶精度的有限体积离散的数学模型。采用该模型模拟了溃坝问题和流场中污染物输移问题，并与解析解进行了对比，验证了该模型对于求解强间断水流及水质问题是可行的，并具有相当高的精度。本文的模型可为工程领域中的水流水质问题的处理提供依据，具有较大的实用价值。
任春平[7]2009年在《沿岸流不稳定运动的实验研究及理论分析》文中研究表明本文以沿岸流不稳定实验采集的垂直岸线方向和沿岸方向的流速时间历程和墨水运动轨迹图片资料为基础,利用最大熵谱分析方法分析了实验室观测到的沿岸流不稳定运动的频率;利用测量的墨水运动轨迹分析了其传播速度;利用叁角函数回归法分析了其波动幅值在垂直岸线方向的变化特征;并讨论了这些量随入射波波高、入射波周期、地形的变化。用线性剪切不稳定模型理论分析了实验观测到的结果,得到了对应实验情况的沿岸流不稳定运动的频率、波长和传播速度,并与实验结果进行了对比分析,发现了实验中两个不同坡度(1:40和1:100)海岸上所观察到的沿岸流不稳定运动分别对应两种不同的剪切流线性不稳定模式,即1:40坡度海岸的不稳定运动是由于沿岸流速度剖面后剪切所引起,而1:100坡度海岸的不稳定运动是由于沿岸流速度剖面前剪切所引起。讨论了平均沿岸流速度剖面对不稳定增长模式的影响,利用解析速度剖面分析了速度剖面对不稳定多模式的影响。以浅水方程为控制方程,基于波能守恒方程计算波浪辐射应力,建立了平均沿岸流数学模型。数值分析了沿岸流不稳定对平均沿岸流的影响。文中首先阐述了沿岸流不稳定运动对研究近岸污染物、泥沙输移的重要意义,并指出目前沿岸流不稳定运动实验研究比较少,因此,通过实验来研究沿岸流不稳定运动有助于更加直观、深刻、全面的认识沿岸流不稳定运动的特性,并为沿岸流不稳定运动数值模拟的研究以及与沿岸流不稳定运动相关的其它方面提供实验结果。第二章详细介绍了沿岸流不稳定运动的实验,具体包括该实验的物理模型布置,仪器布置以及墨水投放的实验,并给出了实验采集的30个波况垂直岸线方向、沿岸方向的流速时间历程以及用CCD系统采集的墨水运动轨迹的图片。基于采集的实验结果,本文就其不同波况下的流速时间历程和墨水运动特点作了详细分析,着重分析了在规则波和不规则波情况下是否出现了长周期波动,并分析了质量输移流、沿岸流、大尺度漩涡和沿岸流不稳定运动对墨水运动轨迹的影响;波高对沿岸流不稳定运动空间结构的影响。第叁章介绍了沿岸流不稳定运动实验结果分析方法。用最大熵谱方法确定沿岸流不稳定运动的频率;用叁角函数回归法确定其波动幅值;用墨水运动轨迹来确定其传播速度。第四章用第叁章的方法分析了规则波和不规则波情况对应的两种坡度1:100和1:40地形条件下沿岸流不稳定运动的频域特性、幅值特性和传播速度特性。第五章利用沿岸流线性不稳定运动理论模型对实验中观测到的不稳定进行了理论分析。首先用二阶中心差分格式对该模型进行离散,得到了计算不稳定增长模式的矩阵方程,并采用Garbow,Moler等提出算法基础上改进的QZ算法对矩阵方程进行了求解,通过与已有计算结果的对比对所用的数值格式进行了验证。利用本章的沿岸流线性不稳定的理论模型计算了30个实验波况下的沿岸流不稳定运动增长模式,并将计算结果与实验结果进行了比较。第六章利用无因次的沿岸流线性不稳定模型,分析讨论了坡度对沿岸流增长模式的影响;分析了前剪切、后剪切对沿岸流增长模式的影响;分析讨论了规则波与不规则波情况不稳定周期不同的原因。第七章利用Allen给出的解析速度分析了不稳定模式出现不连续的情况,即多模式情况。并分析了速度剖面最大值发生变化后对于不稳定的影响。第八章建立了二维平均沿岸流的数学模型并分析了沿岸流不稳定对平均沿岸流的影响,并初步分析了沿岸流不稳定引起的侧混系数的范围。首先给出了平均沿岸流计算模型,该模型利用二维浅水方程为控制方程,其中波高变化利用波能守恒方程求得,从而计算出了波浪辐射应力。用交替方向隐式(ADI)法对该模型进行了数值求解,并将计算结果与实验结果进行了比较。然后数值分析了沿岸流不稳定对平均沿岸流的影响。最后给出了本文的结论以及对于本研究的展望。
崔坤明[8]2016年在《近岸刚性植被水域波浪传播的数值模拟分析》文中研究指明海岸植被能有效地降低波浪对岸滩的侵蚀作用。波浪在植被水域传播过程中,部分波能将被消耗,波高随之衰减,有效地降低了波浪对岸滩的侵蚀作用；同时,随着波高的衰减,波浪的物质输运能力也随之降低,对近岸水环境的演变有重要影响。然而,随着海岸资源的开发以及海岸工程的修建改变了该区域原有的植被形态及分布,影响到海岸波浪、流等水动力的运动环境,并对近岸物质输运产生重要影响。因此,研究近岸植被影响下波浪的传播变形对分析近岸资源开发对近岸水动力及物质输运、岸滩稳定等有重要理论指导和工程应用价值。本文基于Boussinesq方程的波浪运动模型建立了近岸刚性植被水域波浪传播的数值模型,在对所建模型的可靠性进行验证的基础上,利用该模型模拟分析了植被特征参数以及入射波要素对波浪的传播变形、孤立波的爬坡运动的影响,得出结论如下：(1)波浪在近岸植被水域传播运动过程中,随着植被密度、植被淹没高度的增加,入射波的波能损耗程度、波高衰减程度愈加剧烈。(2)波浪在植被水域传播运动过程中,入射波的波能损耗与植被区域的分段方式密切相关。假设植被总量一定,与单段植被的分布方式相比,分段植被的排列方式能更大幅度地耗损入射波的波能,但随着分段次数的增加,波能损耗程度趋于稳定。(3)波浪在近岸植被水域传播运动过程中,随着入射波波高的增加,入射波的波能损耗程度、波高衰减程度愈加剧烈。(4)在孤立波在爬坡运动过程中,植被的特征参数对孤立波的爬坡、退水过程有着重要影响。分析发现,植被的存在能有效地耗损孤立波的波能,降低孤立波的爬高,使植被区域前的水位产生一定程度的壅高,且孤立波的爬坡时刻会有一定程度的滞后,退水时刻有一定程度的提前；随着植被密度、植被淹没高度的增加,孤立波波能损耗程度愈加剧烈,植被区域前水位的壅高程度会加强,且孤立波爬坡时刻的滞后程度和退水时刻的提前程度会越来越强；此外,斜坡上植被的分布方式对孤立波爬坡过程也有重要影响。
王菲[9]2004年在《复式河道数值模型应用研究》文中研究指明自然界中绝大多数河流都是以弯曲复合渠道的形式存在，即由主河道以及临近的洪泛区(漫滩、滩地)组成。近年来，滩地的土地利用越来越广泛，随着滩地人口的显着增加以及滩地区域经济的快速发展，滩地以及相关堤岸的防洪安全问题引起了社会越来越多的关注。在水利工程的设计和管理中预报坝体溃决流动现象以及理解复合河道水流的水力特性十分重要，尤其对于河流管理以及洪泛区管理有着重要的实际意义。 本文对以下问题进行了回顾：复式顺直河道和复式游荡型河道的水流机理的研究，糙率系数的评估方法和明渠流基本控制方程，河道模拟的数值方法以及计算软件的发展。 Sobek是由代尔夫特水力学所(WL| Delft Hydraulics)研究开发的综合数值模拟软件，它基于一维圣维南方程和二维浅水方程，应用隐式Delft差分格式，主要应用于一维河网模拟和二维地表漫流的水动力特性的研究。 本文主要研究了Sobek模型在复式游荡型河道水流问题中的应用。在Sobek的环境下建立了两种完全不同的数值计算模型，基于实验室数据，对两种不同模型结果进行了对比。第一个模型为一维二维耦合模型，主河道被作为一维河网处理，滩地被作为二维网格进行离散。第二个模型为完全二维模型，在该种模型中主河道和滩地都作为二维网格进行离散处理。 在建立以上两个模型的基础上，本文对于模型中的叁个关键参数进行了敏感度分析，包括洪泛区的曼宁糙率系数，渠道纵向坡降以及主渠道的弯曲度。本文通过对于以上叁个系数的比较，分析比较了两种不同模型的性状。结果表明，以上两种模型都可以很好地模拟游荡型河道的水流特点，与实验室数据吻合较好。一维二维耦合模型在非漫流情况下的模拟效果比较好，而完全二维模型在漫流情况下的模拟效果较好。
赵庚润[10]2009年在《河口水库围堤龙口水流数值模拟》文中认为上海青草沙水源地建设是上海社会与经济发展过程中为解决上海市用水紧张的一个战略性工程。水库围堤的龙口水力计算及水力条件分析是龙口施工设计研究的关键技术之一。由于传统的水量平衡原理计算方法不适合于河口水库的龙口工程研究,因此有必要采用更为精确的流动数值模拟方法研究龙口水力要素预报问题。为了验证基于RANS方程和VOF方法的流场精细数值模拟的可靠性,首先对概化的龙口垂向二维堰流问题进行了数值模拟,并依据现有的物理模型实验结果,复演了龙口垂向二维堰流的典型流态,验证了最大流速及其位置。为了验证基于静压假定的浅水方程在模拟带自由水面复杂流动时的可靠性,在相同的地形和边界条件下,对基于浅水方程的DELFT-3D软件和基于RANS方程和VOF方法的FLUENT软件计算结果进行了比较,讨论了由这两种方法得到的最大流速分布的异同点。针对长江口青草沙水库围堤龙口的典型断面,在给定两侧水位边界条件下,利用FLUENT软件模拟了垂向二维龙口水流的典型流态。在给定水位边界条件下,分别利用FLUENT和DELFT-3D软件对龙口周围流场进行数值模拟,比较了最大流速及其出现位置。根据青草沙水库周围实际地形,采用典型的实测水位边界,基于DELFT-3D对水库围堤龙口合龙期各个施工节点中主副龙口附近流场进行了叁维数值模拟。给出了对各个施工节点涨急和落急时刻的最大流速及其分布,为龙口设计与施工提供科学依据。
参考文献：
[1]. 广义浅水方程及工程应用初步研究[D]. 李荣辉. 河海大学. 2003
[2]. 曲线坐标系下水动力模型的修正研究及应用[D]. 孙广才. 西安理工大学. 2009
[3]. 基于MOST传播模型的中国边缘海近岸水域海啸强度评估研究[D]. 王南南. 中国海洋大学. 2015
[4]. 奇异值分解技术在卫星资料反演和同化中的应用研究[D]. 张蕾. 兰州大学. 2008
[5]. 考虑不确定性影响的溃坝洪水灾害脆弱性评价研究[D]. 周正印. 天津大学. 2017
[6]. 基于WENO格式的水流水质数值模拟[D]. 杨国丽. 西安理工大学. 2007
[7]. 沿岸流不稳定运动的实验研究及理论分析[D]. 任春平. 大连理工大学. 2009
[8]. 近岸刚性植被水域波浪传播的数值模拟分析[D]. 崔坤明. 大连理工大学. 2016
[9]. 复式河道数值模型应用研究[D]. 王菲. 河海大学. 2004
[10]. 河口水库围堤龙口水流数值模拟[D]. 赵庚润. 上海交通大学. 2009