二维地表水动力数值模拟内边界处理方法研究

发布时间：2022-12-23 05:38

　　全球气候变化引起极端天气的频发,从而导致洪涝灾害严重,水动力模型可有效模拟预测洪水灾害发生的程度,能够为洪水风险评估、洪涝灾害预警提供科学的数据支撑。本文针对现阶段二维水动力模型中对模拟区域内水工建筑物处理尚不完善的问题,在西安理工大学开发的显卡加速的地表水和其伴随输移过程数值模型的基础上,采用基于水量守恒的源项法实现了在水动力模拟中经常出现的堰、闸、溃坝等内边界水工建筑物的准确模拟。源项法的实施步骤为:（1）在模拟区域内,将水工建筑物处上下游网格进行特殊标记处理,以停止黎曼求解器对通量的计算;（2）将上游标记网格的水头信息作为相应流量计算公式的输入条件计算出流量（过堰水流采用堰流公式计算,闸孔出流采用孔流公式计算,逐渐溃坝采用考虑了溃口横向扩展、竖向冲刷的DB-IWHR溃坝模型计算溃口流量）;（3）将计算的流量转换为网格水位的变化值,并将上游标记网格水位减去该变化值,下游标记网格水位加上该变化值。通过一个理想算例和一个实际水库的溢洪道过流算例验证了采用源项法的水动力模型在处理宽顶堰、平底平板闸门时的适用性及准确性。采用理想算例进行验证时,宽顶堰和平底平板闸门的数值模拟结果与相应计算公... 

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 数值方法研究进展
        1.2.2 数值模型研究进展
        1.2.3 内边界处理方法研究进展
    1.3 研究内容与技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
    1.4 本章小结
2 模型控制方程及数值方法
    2.1 控制方程
    2.2 数值方法
        2.2.1 Godunov格式的有限体积法
        2.2.2 时间步进
        2.2.3 通量计算
        2.2.4 边界条件的处理
        2.2.5 摩阻项处理
        2.2.6 底坡项处理
        2.2.7 干湿网格处理
    2.3 GPU加速计算方法
    2.4 本章小结
3 二维水动力模型内边界处理方法
    3.1 过堰水流处理方法
    3.2 过闸水流处理方法
    3.3 耦合溃口演变的内边界处理方法
        3.3.1 溃口演变模型
        3.3.2 模型构建
    3.4 本章小结
4 含内边界影响的二维水动力模型验证
    4.1 过堰水流的验证
        4.1.1 理想算例验证
        4.1.2 甘峪水库溢洪道过流验证
    4.2 过闸水流的验证
    4.3 本章小结
5 模型应用-耦合溃口演变的二维水动力模拟
    5.1 无资料区域流域河道重构方法
    5.2 托斯大坝溃坝过程模拟
        5.2.1 模型设置
        5.2.2 结果分析
        5.2.3 耦合模型与MIKE21 FM模型对比分析
    5.3 唐家山溃坝过程模拟
        5.3.1 研究区域概况及计算条件的确定
        5.3.2 模拟结果分析
    5.4 金沙江溃坝过程模拟
        5.4.1 研究区域概况及计算条件的确定
        5.4.2 模拟结果分析
    5.5 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读学位期间主要研究成果
致谢



本文编号：3724824