随机游动法在环状河网计算中的应用研究

环状河网求解不同于树状河网,在采用三级解法进行环状河网非恒定流计算时常面临求解大型矩阵的难题.针对这一问题,从水流质点游动角度出发,研究将随机游动方法应用于环状河网水位计算,实现随机游动方法与三级解法相结合.在三级解法得到节点水位方程组基础上,给出节点水位的随机显式求解新方法,然后采用追赶法完成整个河网水位流量计算.与常规三级解法相比,该方法求解原理简单,避免了大型矩阵的直接求解.将新方法建立模型运用于西江下游河网计算,结果表明,该方法较常规方法在简化运算的同时提高了计算效率,并且与常规三级解法具有同样的精度.模型计算结果也量化了各节点水位之间的相对联系情况.     

基于旋转x-t平面的河渠水流反向演算

水流反向演算在水利工程中应用广泛。由于水流具有沿程坦化的特性,直接反向求解水动力方程存在误差放大、结果不稳定的问题。该文将水流正向演算模型所在的x-t平面逆时针旋转90°后,构建了水流反向演算模型。该研究将正向模型的初始、边界条件分别变换为反向模型的边界、初始条件,解决了逆向数值迭代不稳定、不收敛的问题。经理想河道案例验证后,将反向模型应用于西江天然河道案例,结果表明模型稳定性好、模拟精度高,能有效反算出不同情景下的水流入流过程。该研究对于使用水流反向演算的水利工程具有实用价值。     

基于InfoWorks的城市水系水文水动力过程耦合模拟——以福州市江北城区及东北部山区为例

以沿海城市福州市江北城区及其东北部山区为研究区,基于InfoWorks ICM模型软件,建立了山区和平原汇水区产汇流的江北城区一维河网模型.对山区产汇流过程利用PDM水文模型、平原汇水区利用Wallingford径流模型及SWMM汇流模型分别进行计算,建立城区河网水系一维河网模型,并将水文模块与水动力模块进行了耦合.在模型中,考虑城区水闸、水泵、坝等水工建筑物,并在河网模型中加入水库和湖泊.利用河道断面监测水位对河网糙率进行率定,利用2019年5月18日降雨-水位数据进行模型的验证,通过设置RTC规则,实现水库与闸泵的调度.结果表明:晋安河水位峰值约为5.35m,峰现时间约在22:55,实测数据显示水位峰值约为5.43m,峰现时间约在22:40.本文通过在城市尺度下建立水文水动力学耦合模型,给出了一种系统考虑各种水工建筑物以及调度规则下的综合的城市暴雨内涝模拟方法,对相关研究具有一定的借鉴意义.