基于二维水动力模型的溃坝洪水数值模拟研究

【目的】研究水库溃坝洪水影响。【方法】以辛庄水库为例,通过建立二维水动力模型,模拟了不同溃决方案下溃坝洪水演进过程,计算了下游高速铁路处淹没水深、流速、冲刷深度等,分析了溃坝洪水对下游高速铁路的安全运行影响。【结果】水库未溃决时,溢洪道最大下泄洪水能够正常通过铁路涵洞,对下游工程影响较小;水库大坝正面溃决的影响要比侧面溃决的影响大,下游部分铁路路基顶面过水,影响铁路正常运行;大坝溃决后最大流速是未溃决时的2.15～2.48倍,涵洞处最大冲刷深度是未溃决时的1.56倍。【结论】二维水动力模型可较好的模拟溃坝洪水演进过程和淹没范围,研究成果可为水库溃坝洪水灾害预防提供参考和数据支撑。     

梯级水库群洪水溃坝模拟

以某河流的7个梯级水库为研究对象,合理地拟定各梯级水库不同大坝类型(土石坝、拱坝、混凝土重力坝)的溃决形式、溃口发生过程及形态,针对各类型水库漫顶即溃坝和土石坝漫顶溃坝,拱坝、重力坝漫顶过流不产生溃坝两种极限状态,运用Dam Break溃坝模型原理,计算主汛期超标准洪水和后汛期超标准洪水时梯级水库的连锁响应以及溃坝洪水向下游库群的演进过程.分析流城内各水库清坝发生的因果关系,并得出各水库溃坝发生的相对时间及各特征断面的最高水位、流量等特征值.汛期超标准洪水时流城梯级水库的溃坝模拟分析结果,为降低大坝风险、制定应急预案和防灾减灾提供了科学的决策依据.     

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。     

中小尺度流域洪水模型模拟比较研究

中小尺度流域洪水模拟是水文预报和防洪减灾的重要基础工作,选择适宜的水文模型对制定水文预报方案具有重要意义。以长江上游支流沿渡河流域为研究对象,对比分析了3种不同类型的水文模型(新安江模型、TOPMODEL、人工神经网络模型)对场次暴雨洪水过程的模拟效果及适用性。结果表明:各模型在模拟场次和验证场次的平均NSE效率系数均超过0.7,平均径流深误差均低于12%,可见3种模型在沿渡河这一湿润地区典型中小尺度流域均有较好的适用性。在验证期,新安江模型模拟的径流深相对误差均未超出许可误差20%的范围,且NSE系数均值达到0.826,然而Topmodel和BP模型模拟下各场次洪水的NSE系数虽均大于0.6,但个别场次结果精度较低。此外,新安江和BP模型的实测与模拟流量点群更接近1∶1线,在流量模拟方面更好,Topmodel的流量模拟整体偏大。总的来说,新安江模型在流域的适用性更好,Topmodel和BP模型次之。     

基于格子Boltzmann方法的三维溃坝数值模拟

为了模拟溃坝水流的流动过程,在基于格子Boltzmann方法(LBM)的基础上采用壁面适应局部涡流黏度的大涡模拟模型,引入自由滑移法处理固壁边界条件,模拟瞬时全溃坝以及瞬时局部溃坝水流的流动过程,并就瞬时全溃坝时两种消能坎的消能效果进行比较.数值模拟结果表明:基于LBM方法的数值模拟方法可以准确模拟瞬时全溃坝水流演进过...     

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。     

低洼地区农田淹没成因分析方法及应用－（I）数学模型验证及洪水特性分析

为探求从化市水南村部分农田被淹没的原因,本文分别采用现场调查、水文地形资料分析、数学模型、调洪演算等方法,对本次流溪河洪水和下游牛心岭电站对淹没位置河段水位的影响进行了分析和探讨。结果表明,洪水从大拗坝到达水南村淹没位置河道的时间约为2.6 h;从5月7日凌晨4点～12点,流溪河水位明显高于淹没区地形,极容易导致外江洪水从未封堵暗渠进入淹没区;牛心岭电站只用4个闸孔泄洪,在洪峰时刻引起淹没区外侧河道水位抬高约0.05 m左右。     

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.     

受上游水库溃坝影响的德泽水库安全风险分析

首先基于水库瞬时全渍的假设,采用简算法对上游水库的渍坝洪水进行计算,并计算出上游水库至德泽水库的区间洪水,然后研究了上述2个分区洪水的组合遭遇,最终得到受上游水库渍坝影响的德泽水库坝址断面的洪水过程。结果表明：上游水库的溃坝,一般情况下不会对德泽水库构成威胁。进行的研究为德泽水库的安全设计提供了重要依据。     

基于人工神经网络的水库溃坝生命损失估算模型及应用

传统的生命损失估算方法未能考虑致灾因子的非线性及其相互作用,本文建立了基于人工神经网络的水库溃坝生命损失估算模型。该模型综合考虑了风险人口、洪水严重程度、警报时间、洪水严重性理解程度和库容、坝高、溃坝发生的时间、下游坡降、与大坝的距离、下游建筑的抗冲能力等影响因素。其中,洪水流速、水深、淹没范围等关键水情信息的获取采用耦合VOF的k-ε模型。以深圳市公明水库为例进行了研究,估算了不同情况下的溃坝生命损失,为区域防灾减灾提供了理论基础。     

紫荆关流域分布式HEC-HMS水文模型构建及洪水模拟

国内外学者利用HEC-HMS水文模型模拟流域降雨径流过程,发现该模型有良好的适用性。【目的】提高紫荆关流域洪水模拟精度。【方法】采用紫荆关流域水文气象及下垫面资料,将流域划分为11个子流域,通过选择产流和汇流计算方法,构建了该流域分布式HEC-HMS水文模型,并从历史实测暴雨洪水事件中选择14场洪水对构建的HEC-HMS水文模型进行了参数率定和模型验证。【结果】率定的各子流域产流参数基本相同,由于各子流域面积不同导致汇流参数也不同。模拟的洪峰流量和洪量相对误差均在20%以内,纳什效率系数为0.51～0.95,模拟与实测的洪水过程线吻合较好,模型模拟精度较高。【结论】构建的水文模型能反映紫荆关流域实际的产汇流过程,可用于该流域洪水过程模拟和洪水预报。     

利用Fluent软件对植物坝覆盖下二维两相流场的数值模拟

通过物理模型试验及推导建立植物过流水动力学方程,对植物“柔性坝”过流时的水动力学特性进行了数值研究;利用计算流体力学软件FLUENT,用VOF方法追踪自由水面,采用多孔介质域模拟植物坝覆盖区域,以多孔介质前后压强配合空隙率来确定渗透率,对有植物坝覆盖的水槽二维两相流场进行了数值模拟。将数值计算得到的流速值与模型试验流速值实测结果进行了比对,两者吻合较好。     

基于欧拉固液两相流模型的泵站进水侧流场三维模拟

针对泵站过水建筑物中出现大量的泥沙淤积和不良流态,基于欧拉固液两相流模型对大型泵站进水侧流场进行三维CFD数值模拟.数值模拟结果表明,泵站原始的布置方案会引起低速区、漩涡以及回流等不良的进水流态,会导致在泵站前池出现泥沙淤积的现象.为了改善泵站进水流态和减少前池的泥沙淤积,对泵站分水堰形状进行修改并在引渠段加设整流底坎.数值模拟结果显示,通过对泵站原始布置方案的修改,消除了前池内的回流,漩涡的范围也有所减小,泥沙淤积的现象得到了较大的改善,水流中的泥沙体积分数平均减少了13％.     

分类梯度提升算法(CatBoost)与蝙蝠算法(Bat)耦合建模预测中国西北部地区水面蒸发量

为预测干旱、半干旱地区的水面蒸发量,以实测水面蒸发量为基准,利用我国西北部地区的45个气象站实测逐日最低气温、最高气温、相对湿度、风速及太阳辐射,建立基于蝙蝠算法的分类梯度提升算法模型(Bat-CB)并与原分类梯度提升算法模型(CatBoost)及随机森林模型(RF)进行对比.结果表明Bat-CB模型的预测能力与稳定性...     

借助数学模型突破截交线与相贯线的教学难点

为适应数控自动化机械操作的需要,改革传统机械制图教材;增加截交线、相贯线及其展开方程的介绍;力求提高学生的操作技能.     

由Philip模型参数求解Green-Ampt模型参数的改进与验证

Philip入渗模型与Green-Ampt入渗模型具有相似的物理基础。为间接推求Green-Ampt模型参数,对2种入渗模型进行了对比分析,建立了2模型参数间的数值关系。经理论推导发现,Green-Ampt模型中表征饱和导水率取值介于Philip模型参数稳渗率的1~1.5倍之间,为简化计算,取1.25倍关系,在此基础上,改进了Green-Ampt模型中湿润锋面吸力的求解式。利用数值模拟结果和文献资料进行验证,并对其适用性进行评价。结果表明,所建模型方法计算的入渗率接近模拟值或实测值,且适用于不同土质,其相对误差均小于5%,最大仅为3.61%,均方根误差最大为0.049。说明本文所建模型具有一定的可靠性和普适性,可利用Philip模型参数求解Green-Ampt模型参数,进而描述入渗问题。     

云龙河拱坝施工过程的三维有限元

采用三维弹塑性非线性有限元法，对云龙河拱坝施工过程的实际浇筑、封拱和水库蓄水过程的坝体应力及变形进行了仿真分析，同时分析了施工过程的坝肩层间错层带的变形。计算结果表明施工过程的坝体变形较小，坝体有限元等效应力满足规范要求，坝肩层间错层带错动变形很小，说明大坝结构设计合理，坝肩无错动危险。计算成果为工程项目的实施提供了技术依据，同时对类似工程分析具有借鉴作用。     

混流静态房式谷物干燥机试验验证

针对当前广泛应用的各类谷物干燥机普遍存在高温快速干燥爆腰率高、低温干燥脱水速率低、循环干燥破损率高、热能利用率低和烘干成本高等问题,介绍了一种混流静态房式谷物干燥机,其采用“保温控湿、热风循环利用、混流通风、薄层大风量静态持续干燥”的谷物机械干燥新方法,可解决谷物干燥爆腰率高、损伤率高和脱水效率低等系列问题,实现热风循环利用,提高烘干热效率。2017—2019年,在同等干燥条件下应用该机与其他类型烘干机、人工晾晒等谷物干燥方式开展了多批次干燥稻谷及杂交水稻种子的对比试验及性能验证工作。结果表明,该机在烘干效果、效率及烘干成本等各方面明显优于其他类型烘干机,在水稻种子干燥方面也有突出表现。经第三方检验检测机构检测,该型干燥机干燥谷物的籽粒脱水速率1.3%/h,爆腰率≤0.01%,籽粒破损率≤0.02%;干燥水稻种子的脱水速率0.9%/h,干燥种子的发芽率和破损率与自然晾晒级相当。      

拱坝监测变形的系统辨识模型研究

介绍了大坝安全监测目前常用的3种变形模型的优缺点和系统辨识的基本原理，在此基础上将系统辨识理高分子引入到拱坝监测变形模型研究中。以MatLab软件中的系统辨识工具包为平台，建立以水位、气温和时间为输入，坝体监测变形为输出的拱坝监测变形多输入单输出系统辨识模型，并应用损失函数和AIC准则等对模型的预测精度进行了分析判断，验证了系统辨识模型的方法的可行性和预测性的可靠性，研究工作对其它水工建筑物的安全监测变开模型的建立具有一定的参考价值。