数学模型在滨海城市水资源综合规

通过对滨海的温州市所辖的瑞安市的水资源综合规划实例，结合在工作过程中所用到的诸多数值计算，阐述数学模型在水资源规划、保护与管理中的作用。从水文学的降雨径流关系模型和诸多的统计预测模型、河网的水流水质模型、入海江河的非恒定水流模型、到区域的水资源优化配置，数学模型均有很大的优势。数学模型固有的低成本、快捷，其计算成果的数字化经后处理，容易达到可视化，通过网络传输对上级领导和决策机构的信息化调控管理等特点。     

考虑矿砂淤积的尾矿坝溃坝洪水数

为模拟尾矿库溃坝稀性泥石流的演进， 在溃坝洪水数学模型的基础上，加入非恒定流输沙方程，建立能同时模拟水流和泥沙运动的平面二维溃坝水流泥沙数学模型。最后将该模型应用于云南某尾矿坝溃坝后的洪水演进及矿砂在下游的淤积过程，模型计算结果可为灾后影响评估及预防措施制定提供依据。     

含线状建筑物的分洪区洪水演进数值摸拟

随着分洪区内人口、经济的增长，建设项目的增多，分洪区的地形情况变得复杂，这给分洪区分洪后的洪水演进模拟带来了困难。针对分洪区内存在相互交错线状建筑物的情况进行研究，考虑了分洪区内普通区域与线状物区域的水流交换，对已有的二维水流数学模型进行拓展，建立了相应的数学模型。最后通过对两个概化地形区域进行计算，证明了新模型的合理性。     

一维模型模拟局部溃坝洪水方法的合理性验证

用一维非恒定流数学模型进行局部溃坝水流模拟计算时,由于坝址断面的水流存在间断,溃口处的流量不能通过模型本身算出,须引用水力学中的堰流流量公式。为验证宽顶堰流流量计算公式用于局部溃口流量过程计算的合理性,本文采用平面二维数学模型对其进行了验证计算。一维数学模型与二维模型计算得到的溃坝流量过程符合良好,流量峰值差值在 5%以内,与局部溃坝坝址最大流量计算经验公式结果也很接近。表明一维数学模型模拟局部溃坝时,溃口断面处的流量采用一般宽顶堰流量计算公式是可行的。     

二维水流数学模型在河道桥梁阻水计算中的应用

为研究河道桥梁阻水问题，运用二维水流数学模型及其求解方法，建立了河道平面二维潮流数学模型并进行求解。经对3座已建桥梁阻水的计算表明，模型计算精度经验证能满足应用要求。最后，应用该模型进行了某拟建桥梁工程对河道的壅水、流场变化模拟计算，为桥梁阻水影响提供了较为准确的评价。     

二维水流数学模型在河道桥梁阻水

为研究河道桥梁阻水问题，本文运用二维水流数学模型及其求解方法，建立了河道平面二维潮流数学模型并进行求解。经对3座已建桥梁阻水的计算表明，模型计算精度经验证能满足应用要求。最后，应用该模型进行了某拟建桥梁工程对河道的壅水、流场变化模拟计算，为桥梁阻水影响提供了较为准确的评价。     

考虑矿砂淤积的尾矿坝溃坝洪水数值模拟

为模拟尾矿库溃坝稀性泥石流的演进,在渍坝洪水数学模型的基础上,加入非恒定流输沙方程,建立能同时模拟水流和泥沙运动的平面二维溃坝水流泥沙数学模型.最后将该模型应用于云南某尾矿坝溃坝后的洪水演进及矿砂在下游的淤积过程,模型计算结果可为灾后影响评估及预防措施制定提供依据.     

多尺度有限元法在地下水拟三维数

建立基于多尺度有限单元法的拟三维数学模型，模拟非均质多孔介质中的三维地下水流问题。根据多孔介质中区域饱和－非 饱和水分运动的特征，将三维流动转化为拟三维流动模型。对参数水平方向渐变的非均质多孔介质中的三维地下水流用多尺度有限单元法和传统等参有限单元法进行了计算，结果表明在模拟非均质多孔介质中的三维地下水流问题时，多尺度有限单元法比传统有限单元法有效，既节省计算量又有较高的精度。     

水流倒灌下支流尾闾泥沙淤积计算

建立了水流倒灌下支流尾闾河段泥沙冲淤数学模型，并利用该模型对长江支流沮漳河尾闾河段的河床冲淤变形进行了模拟。模拟结果表明，该模型能够模拟复杂水沙条件下支流尾闾河段的冲淤变形，计算结果可以为引水规划设计提供参考。     

梯形断面明渠三维紊流数值模拟

为研究梯形断面明渠的流速分布，建立了一个三维紊流数学模型。该模型采用重整化群 （RNG） 模型来封闭雷诺平均的N—S方程；用SIMPLE算法对压力—速度场进行求解；为考虑空气对水流流速的影响采用VOF方法追踪自由水面，并用施主—受主方法求解水体体积率控制方程。最后，在现场实测的基础上，运用本文模型对一实际梯形断面明渠水流进行了数值模拟，并将计算结果与实测结果进行了对比，发现两者符合的较好，表明本文模型是合理可靠的。根据计算和实测结果，分析了梯形断面明渠流速分布的规律。     

沭西片防洪保护区洪水淹没风险特征

沂沭泗流域沭西片防洪保护区外河洪水有山区性洪水特征,其特点是洪峰水位高、历时短、总洪量小,溃堤洪水过程的精确计算是保护区洪水分析的关键和难点。为了精确模拟溃堤洪水过程及其在保护区演进规律,构建了一二维实时动态耦合水动力学模型。河网一维水动力数学模型采用1993年、2003年和2012年的实测洪水资料进行了率定与验证;防洪保护区和骆马湖二维水动力数学模型采用区域调研和查勘测量等方式对模型进行了校正和优化;河道与保护区采用溃口进行耦合计算,实现河道与保护区水量实时交互过程的模拟,模型可以作为洪水淹没要素的计算平台。以沂河50年一遇洪水马头溃口为例,溃口进洪历时13.2 h,洪峰流量537 m³/s,进洪量833万m³;保护区内洪水演进速度快,淹没区总面积107.7 km²。结果表明,沂河马头上、下游河段发生溃决,洪水将沿着白马河向下游演进,可以结合淹没水深、洪水路径和到达时间对人员和财产转移进行转移和安置。     

漳河水库入库洪水抗误差预报方案

漳河水库由观音寺水库和鸡公尖水库通过半天然明槽相互连通组成，因受库水位观测、明槽输水计算、动库容计算误差等的复杂影响，以往多次建立的洪水预报方案均未达到可供应用的水平。在分析漳河水库入库洪水误差产生特点的基础上，通过建立抗误差产汇流预报模型和自适应实时校正技术，使漳河水库洪水预报方案平均确定性系数达91.09%，洪峰合格率达100%，峰现时间合格率达90.91%；观音寺水库洪水预报方案的平均确定性系数达90.63%，洪峰合格率达100%，峰现时间合格率达100%，终于建立了达到甲等水平的漳河水库洪水预报应用方案。     

分洪区口门流量淹没系数的研究

采用平面二维数学模型,计算分析了分洪区口门的堰流流量系数和淹没系数的变化过程。结果表明,在自由溢流时,分洪区口门的堰流流量系数和正向堰流的流量系数基本一致。在淹没溢流时,在淹没度为0.8～0.98范围内,分洪区口门堰流的淹没系数与普通水力学的正向堰流的淹没系数基本一致;对淹没度在0.98～1.0范围(正向堰流不存淹没度为0.98～1.0范围的堰流),通过数学模型的计算分析给出了淹没度在这个范围内的分洪区口门堰流的淹没系数。所得结果可以为分洪区口门的流量计算作参考。     

实时交互的多分辨率洪水演进模型

提出了多分辨率洪水演进模型、粗放洪水演进模型和精细洪水演进模型的概念。应用ESRI的ArcGISEngine作为构建洪水演进模型的平台,详细分析了构建粗放洪水演进模型和精细洪水演进模型的基本原理和方法,并设计出了具体的粗放洪水演进模型和精细洪水演进模型。最后应用统计分析的方法得出：本系统计算出来的水库库容和淹没面积的结...     

新疆平原拦河水库溃坝洪水演进的数值模拟计算

针对新疆平原拦河水库溃坝洪水的特点 ,建立了坝址处和水库下游的二维洪水演进数值模型 ,提出了解算方法 ,并以夹河子水库 196 1年 4月 16日实际发生的溃坝洪水为例 ,进行了模拟计算 ,给出了溃坝坝址处的最大流量 ,溃口宽度 ,淹没水深 ,流速和淹没历时等洪水风险信息。     

考虑资料缺失的小型水库影响的洪水预报方法研究

流域中修建的大量小型水库会改变洪水的自然特性,而小型水库资料往往缺失或信息不全,使得在洪水预报中难以考虑其调蓄作用,给洪水预报带来困难。利用遥感RS、地理信息系统GIS和支持向量回归机SVR算法,构建地形地貌参数-水库库容关系模型,推算水库资料缺失地区的小型水库库容信息;在定量概化小型水库对洪水拦蓄影响的基础上,建立了新安江-水库模型。以淮河上游北庙集流域为对象进行应用研究,结果表明:(1)小型水库总库容与地形地貌特征有较强的相关关系,建立的地形地貌参数-水库库容模型具有较高精度,可用于资料缺失的小型水库的库容推算;(2)加入水库拦蓄模块后,新安江模型的洪水预报精度得到一定提高。研究成果可供受小型水利工程影响地区的实时洪水预报参考。     

洪水灾害避难系统研究

探讨了洪水灾害避难系统设计与研究的方法,提出点线结合型洪灾避难分析思想,并以道路网密度表示撤退点的输出能力。结合防洪撤退过程的特点,提出一个随机模型计算道路的路权。在动态路径分析中,根据各个时段记录的车头时距情况,计算出车流的随机度,将防洪避难道路预警界限水平划分为3个等级。该系统的建立为防洪减灾决策提供了科学依据,为洪灾避难系统的研制和开发积累了经验。     

基于防洪安全的山洪水综合利用

以星海湖拦洪库带来的综合效益为切入点,深入研究星海湖拦洪库在城市防洪中发挥的重要作用,在洪水资源综合利用方面取得的显著成效,并总结其成功经验和不足之处,努力探求城市建设和水资源综合利用的科学之路。      

新丰江水库流域相似洪水识别及洪量预报

采用统计方法进行相似洪水的识别,挖掘流域历史洪水数据,可用于延长洪水预报预见期,从而为水库预泄调度工作提供指导。研究分析影响洪水形成的流域产流特性、气象成因和季节性因素等,经过指标聚类筛选出累积降雨量、洪水起涨时间、前期平均流量作为相似指标归类历史洪水,使用灰色关联度优选最相似洪水并进行洪量移用。以新丰江水库流域为对象,在212场洪水事件中选取100场洪水对所提方法进行验证,结果表明:除小量级和少数大量级的洪水,洪量预测误差整体偏小,有59场洪水的预报洪量误差小于30%,集中于"龙舟水"时期的第二类洪水,其整体误差在三类中最小。该方法有助于提前预判入库洪量,对华南地区多年调节水库的洪量预报调度有重要的借鉴意义。     

无资料地区渠系建设的设计洪水计算探讨

新疆农业是灌溉农业,渠系建设在农业发展中占有重要的地位。由于新疆地域广大,水文站网测站稀疏,特别是小河流和洪沟一般均无水文测站;因此,当渠系建设必须穿越无资料的小河流和洪沟时,经常会遇到设计洪水计算无资料的问题,如何在无资料情况下进行设计洪水计算成为急需解决的问题。以阿克苏河流域库玛拉干河为例,采用了洪峰模数法、推理公式法、地区综合经验公式法,探讨了渠道穿越无资料的7个大的洪沟时的设计洪水计算。通过比较,结果表明地区综合经验公式法具有资料的可靠性、地区实用性、可操作性,适合于无资料地区洪沟设计洪水计算。