极端水沙灾害动力学过程数值模拟研究

发布时间：2021-01-13 22:34

　　自然界中普遍存在着溃坝洪水、滑坡体溃决洪水、冰湖溃决洪水、暴雨山洪等典型的极端水沙灾害现象。极端水沙灾害事件由于灾害形成迅速、预报预测难度大、留下的有效反应时间不足,往往产生较普通水沙灾害更为严重的后果,给人民生命财产带来巨大损失,对生态环境造成巨大而长期的破坏。对于这些水沙灾害致灾机理和过程的研究,不仅有助于提高相关问题的认识,还为相应的灾害防治和风险管理提供有效指导。在不规则地形上离散双曲型系统需要满足非零通量梯度与源项平衡（well-balanced特性）,否则就会产生数值振荡或非物理流速。在动床条件下,泥沙颗粒对流速响应敏感,准确的流速场模拟是泥沙输移和河床变形估计的前提条件。本文以定床水流的well-balanced模型为基础,结合最新的非饱和不平衡输沙模型,开发了新的二维水沙耦合动力学模型。新模型能够更加准确地模拟流速场,从而使得泥沙输移和河床变形的预测更加准确。并且对新模型实现了并行计算,使得计算效率显著提升。近年来计算机科学和数值技术不断发展,然而将完整水动力学模型应用到大尺度范围仍受到计算时间的限制。一般而言,为了保证数值模拟精度和可靠度,需要高精度网格。采用网格优化... 

【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：182 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

数值模型并行计算流程图

t=4，时，不同网格计算水面线与解析比较

和展宽的平面形态来产生二维效应。水槽长21.2 HI,选取底坡为0.6%的工况。挡板位于x=Om (图2-7)，通过迅速提取挡板来实现大琐的瞬间全部溃决。水槽的曼宁糙率率定为0.012 s/miz3。模拟时采用下游出口采用自由出流边界。釆用了三种不同尺寸的定网格和3层自适应网格（表2-2)。对自适应网格而言，调整系数CT,=0.8和0*2 =0.2。定网格和自适应网格都采用系数;^=0.2。图2-8显示的是4个测点处计算和实测水深过程。在P1，P2和P3三个点处计算水深与实测值符合良好，而在P4点计算值比实测略高。这与Xiaetal.(2011)的结果类似，很可能是由于紊动扩散带来的不确定性造成的。表2-2中显示了不同计算网格的相对计算CPU时间。单位CPU时间为15.2 S，即FM3的计算时间。从表中可以看出，尽管二者最细网格相同，最细网格（FM1)的计算时间差不多是自适应网格的计算时间的8倍。表2-3显示的不同的计算网格结果与实测值间的定量差异。本算例中;^ = /^


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