用动力学的流矢量分裂法计算溃坝波问题

采用动力学的流矢量分裂法模拟浅水长波方程. 利用气体动力学方程与浅水长波方程 之间的比拟关系, 并结合TVD差分格式给出浅水长波方程的数值计算方法. 计算了溃坝波问 题. 数值结果与精确解的比较表明, 该方法能很好地模拟浅水长波方程中的间断解问题.     

溃坝问题数学模型研究

本文研究溃坝问题的数学模型,探讨了有限差分法和谱方法用于计算,提出了改进意见,数值模拟表明结果是令人满意和符合物理特性的。     

二维溃坝问题的高分辨率数值模拟

对二维浅水方程空间方向的差分分裂,引入ＭＵＳＣＬ型的两参数限量函数,采用组合型的二阶ＴＶＤ格式,建立了浅水方程的高分辨率计算模型．以Ｆｒａｃｃｒｏｌｌｏ 等的部分溃坝实验模型为物理模型,模拟了该模型长历时的溃坝洪水演进过程,给出了典型位置的水位和速度计算并与其实验结果的比较．研究表明,在间断波附近,没有产生数值振荡,数值结果与实验数据相比除溃坝初期在口门附近的水位存在一定的差异外,其余位置和时刻吻合较好,特别是计算速度与实验测定值吻合更好．应用二维浅水方程和本文的高分辨率数值方法能有效地模拟溃坝波的演进过程．     

一维和二维溃坝波的混合有限分析解

针对水深平均二维浅水方程高分辨率模型,采用非交错网格下的二维对流扩散方程的混合有限分析法,运用SIMPLE算法结合Rhie and Chow的动量插值技术计算二维溃坝水流．一维理论解和其他格式的二维数值结果符合良好,表明非交错网格下的混合有限分析法能正确有效地求解溃坝问题．进而对部分溃决情况下的溃坝波传播和绕流问题进行了数值模拟,给出了精细的数值结果,揭示了复杂的运动特性,进一步表明混合有限分析法具有较强的溃坝波的捕捉能力,是求解溃坝流动的有效方法之一．     

计算浅水环流的波方程模式

对计算浅水环流的波议程模式进行了研究，指出了波方程模式的解在什么条件下满足质量守恒；并证明了空间离散误差不会影响该模式对非物理短波干扰的衰减，所以波方程模式具有较好的抑制短波振荡的特性。     

二维溃坝波传播的数值模拟

采用附加人工粘性的显式Maccormack格式求解二维浅水方程,并对人工粘性加上开关函数,建立了模拟大坝瞬间局部溃倒所致的洪水演进过程的数学模型。用该模型预测了矩形河道中堤坝瞬间局部溃倒后8 min的洪水演进过程,得出了水面线和流场分布,并对溃坝洪峰到达时间和最大淹没水位的沿程分布作了分析。     

溃坝波在弯曲河道中传播的二维数值模拟

为分析溃坝波在天然弯曲河道中传播的特点,建立了跟踪河道走向的正交曲线坐标系,并通过坐标变换、简化和水深积分推导出了曲线坐标系下的二维浅水方程.利用能较好地适应水流间断性质的Godunov差分格式,对控制方程在二维矩形区域上进行离散求解,模拟溃坝波在不同弯曲度弯道中的传播过程.结果表明,该模型能够简便、快速、有效地模拟弯道溃坝波的传播,河道的弯曲会对溃坝波传播的速度以及水面形态产生影响.     

总变差不增差分格式计算一维，二维溃坝波

用近年来发展的处理空气动力学中激波间的断的一类高分辨率格式－总变差不增格式（total variation nonincreasing scheam,简称TVNI）计算一维和二维溃坝波，在TVNI格式中考虑了底摩擦项（非齐次项），。研究了糙率对模拟溃坝波的影响，一维的计算结果与Stoker分析解和Lax-Wendroff格式解进行了比较，可以看出TVNI格式具有分辨率高，计算简单的优越性，二维计算采用了对称的方向分裂算法。     

高精度格式溃坝波模拟

采用高精度WENO和MWNEO格式对二维浅水方程变量进行数值重构,研究分析高精度格式捕捉溃坝波的能力和分辨率.对浅水方程,采用Roe-Riemann格式和波传算法进行数值离散,并与以上2种重构方法两两结合成4种计算方法.采用Fortran语言分别对其进行编程计算.计算结果显示,高精度格式在捕捉溃坝瞬时基波延续推进的过程较好.在4种计算方法计算结果中,MWENO型波传格式模拟结果最好,捕捉溃坝波能力强,分辨率很高.     

狭窄库区和开阔溃坝区溃坝洪水物模试验研究

提出的沿水发段加（减）糙方法，使狭窄库区模型在水深大幅度变动情况下，为满足水流对模型糙率的要求而同时实现重力相似和阻力阻似，提供了有效的解决途径，阐述了溃坝洪水试验模型设计布置，列举了实例，所采用的自动控制技术和量测试器设备，可模拟各种溃决过程并能获得所需的各项试验参数，指出了开阔溃区溃坝洪水演变的基本特性。     

复杂地形上坝堤溃决洪水演进的非结构有限体积模型

针对复杂地形上坝堤溃决洪水演进的二维数值模拟,综合考虑底坡项、摩阻项和干湿界面对水流的影响,基于浅水二维水动力学理论建立了非结构有限体积模型.围绕传统底坡项处理技术应用于复杂地形时的不足,通过计算底坡项对物质通量和动量通量的影响,并进行相应的分解,提出了集成底坡项的近似Riemann求解器.分析并采用改进的隐式格式解决了摩阻项可能引起的刚性问题.通过求解干湿单元界面处"镜像湿单元"Riemann问题,结合变量重构技术,有效处理了动边界问题.算例研究结果表明,模型稳定健全,和谐性好,具有较好的推广应用价值.     

WC-CMPS法对溃坝溢流问题的数值模拟

无网格粒子法(拉格朗日法)是计算流体力学领域最新一代的计算方法,由于不需要生成网格,无网格粒子法能够模拟任意形状的界面及其变形和碎裂,尤其适用于计算如溃坝溢流及波浪破碎等具有复杂自由表面运动的流体力学问题。其中,光滑粒子流体动力学方法(SPH)和移动粒子半隐式法(MPS)是无网格计算方法的典型代表。本文采用基于MPS法的修正弱可压缩移动粒子半隐式(Weakly Compressible Corrected Moving Particle Semi-implicit Method)法构建了用于求解自由表面流问题的数值计算模型,并用于模拟干床面与湿床面上的溃坝溢流问题。计算结果与实验结果的对比分析表明,采用基于WC-CMPS无网格法建立的数值计算模型对干、湿床面上溃坝溢流的溢流形态、水柱高度以及波前速度等均给出了良好的计算结果。     

溃坝洪水的二维算子分裂——特征线模拟

根据特征线法的基本原理，推导了一维浅水运动的特征线方程和相容性方程，构造了用于溃坝计算的显格式，模拟了一维矩形断面低坝全溃的洪水波演进过程，并基于算子分裂建立了相应的二维问题特征线数值格式，对瞬间部分溃坝时二维洪水波的演进过程进行了数值模拟。得到的数值模拟结果表明，这种方法精度高，有较强的渍坝涌波捕捉能力，展示了溃坝波的运动特性，为溃坝引起的灾害预测和分析及防灾减灾等工程问题提供一种有效的数值模拟方法。     

堰塞坝溃决过程中孔隙水压力变化规律

为研究堰塞坝坝体内部孔隙水压力对坝体的溃决发展过程的影响,通过水槽模型试验,在分析堰塞坝溃决过程的基础上,研究了堰塞坝溃决过程中孔隙水压力的变化过程。研究成果表明：根据溃口演化特征,可将堰塞坝的溃决过程分为3个阶段：坡面侵蚀阶段(Ⅰ)、溯源陡坎侵蚀阶段(Ⅱ)、粗化再平衡阶段(Ⅲ),其中,阶段Ⅱ发展最为剧烈;堰塞坝溃决过程中各测点孔隙水压力的变化过程均呈现先增后减的变化趋势,并存在明显的滞后现象;左右两侧的孔隙水压力呈“左小右大”的变化趋势,二者差值随溃口发展速率的加快而增加;上游孔隙水压力较下游明显增大,敏感程度也更高;蓄水期孔压可采用饱和非稳定二维渗流微分方程进行求解,整体变化趋势与实际值相符合,孔压增长速率呈先缓后陡趋势,最大孔压差绝对值为0.09 kPa。     

淤地坝系水资源系统分析模型研究

根据相对稳定坝系的特点,阐述了坝系水资源系统分析的思路,分析了数学模型的适用形式,并建立了坝系水资源系统分析数学模型,作为坝系水资源系统分析的一种方法,对黄土高原区坝系的合理规划和建设具有一定的指导作用。     

堆石坝变形监测的灰色非线性时序组合模型

结合堆石坝变形的特点,应用逐步回归方法提取大坝变形观测数据系列的水压和温度分量后,用灰色非线性系统模型模拟剩余数据系列的趋势项,用时间序列模型模拟剩余数据系列的随机项,由此建立了堆石坝变形监测的灰色非线性时序组合模型。计算分析表明新模型提高了拟合精度,使堆石坝变形监测的数学模型更趋于合理。     

破裂孤子方程和浅水波方程的新类孤子解

借助Mathematica系统和Riccati方程的解．引入解的新假设,求得了破裂孤子方程和浅水波方程的新的类孤子解．