發(fā)布時間：2022-07-09 19:23

　　我國不少城市都是沿江河而建,有些城市的堤防并未達標(biāo),存在著不少險工險段,洪水期間堤防一旦潰決往往給人們的生命和財產(chǎn)造成巨大的損失。因此,研究堤防潰決之后洪水在城區(qū)內(nèi)的演進規(guī)律具有重要的現(xiàn)實意義。本文首先建立了基于無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格Godunov格式的適于模擬天然堤壩潰決水流運動的二維有限體積模型。該模型采用混合非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格離散計算區(qū)域;采用Roe格式的近似Riemann解來計算通過界面處的法向通量;應(yīng)用TVD-MUSCL格式和Hancock格式將模型的空間和時間精度同時提高到二階;同時模型中采用了一種簡單有效的干濕邊界處理技術(shù)和時間動步長技術(shù)。通過幾個經(jīng)典算例和具有實際地形的堤壩潰決算例驗證了該模型具有良好的激波捕捉能力和較高的計算精度,同時較好的滿足了和諧性,能夠模擬比較復(fù)雜的工程實際問題。城區(qū)地形與天然地形最大的不同在于城區(qū)一般分布有密集的建筑物,為模擬建筑物對潰決水流產(chǎn)生的影響,本文采用了三種方法:固壁邊界法、真實地形法和加大糙率法。通過物理模型的實測數(shù)據(jù)對三種方法的計算精度以及適用范圍進行了比較和分析后,推薦采用真實地形法。對哈爾濱上游蓄滯洪區(qū)的分洪能力以及可能發(fā)生的最大洪水進行了計算和... 

【文章頁數(shù)】：148 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 概述
        1.1.1 潰堤洪水災(zāi)害
        1.1.2 潰壩洪水災(zāi)害
        1.1.3 問題的提出
    1.2 堤壩潰決水流的理論解研究
    1.3 堤壩潰決水流的特點及數(shù)值模擬方法
        1.3.1 堤壩潰決水流的特點
        1.3.2 數(shù)值模擬的主要途徑及方法
    1.4 堤壩潰決水流數(shù)值模擬研究進展
        1.4.1 潰決水流數(shù)值模擬
        1.4.2 城區(qū)潰決水流數(shù)值模擬
        1.4.3 一維、二維模型的耦合計算
    1.5 城區(qū)潰堤洪水三維可視化系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
        1.5.1 三維可視化技術(shù)
        1.5.2 數(shù)值模擬計算可視化
        1.5.3 可視化與數(shù)值模擬的實時交互
    1.6 本文的研究思路及主要研究內(nèi)容
        1.6.1 研究思路
        1.6.2 主要研究內(nèi)容
第2章 基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的堤壩潰決水流數(shù)值模擬
    2.1 引言
    2.2 控制方程
    2.3 方程的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格離散
        2.3.1 計算網(wǎng)格的選取
        2.3.2 控制體的選取
        2.3.3 有限體積離散
        2.3.4 法向數(shù)值通量計算
        2.3.5 空間二階精度數(shù)值重構(gòu)
        2.3.6 時間二階積分
    2.4 源項的處理
        2.4.1 復(fù)雜地形下的靜水問題
        2.4.2 底坡源項的離散
        2.4.3 摩阻源項的處理
    2.5 邊界條件
        2.5.1 急流開邊界條件
        2.5.2 緩流開邊界條件
        2.5.3 固壁邊界條件
    2.6 干濕邊界處理技術(shù)
    2.7 穩(wěn)定條件及時間動步長技術(shù)
    2.8 本章小結(jié)
第3章 二維堤壩潰決水流數(shù)學(xué)模型驗證
    3.1 引言
    3.2 經(jīng)典算例驗證
        3.2.1 非對稱方形潰壩算例
        3.2.2 超臨界流傾斜水躍算例
        3.2.3 二維對稱矩形潰壩算例
        3.2.4 非平底潰壩水流算例
        3.2.5 混合流算例
        3.2.6 三角堰潰壩水流算例
    3.3 具有實際地形的堤壩潰決算例
        3.3.1 Toce 河物理模型潰壩試驗
        3.3.2 Malpasset 大壩天然潰壩算例
    3.4 城區(qū)堤壩潰決水流數(shù)值模擬
        3.4.1 模型中建筑物的處理方法
        3.4.2 各方法性能的比較與適應(yīng)范圍
    3.5 本章小結(jié)
第4章 一維、二維全耦合水動力模型及驗證
    4.1 引言
    4.2 河道一維水動力模型
        4.2.1 控制方程及其離散
        4.2.2 Saint-Venant 方程組的 Newton-Raphson 迭代形式
        4.2.3 特殊節(jié)點的處理
        4.2.4 系統(tǒng)方程的裝配和求解
    4.3 一維、二維模型的耦合及求解
        4.3.1 模型耦合條件
        4.3.2 模型求解過程
    4.4 耦合模型的驗證
        4.4.1 驗證算例的計算條件
        4.4.2 計算結(jié)果分析
        4.4.3 驗證算例的改進
    4.5 本章小結(jié)
第5章 哈爾濱市防洪預(yù)案――分洪措施研究
    5.1 引言
    5.2 概述
        5.2.1 流域水系概況
        5.2.2 哈爾濱段洪水特征
        5.2.3 哈爾濱上游分蓄洪工程
    5.3 松北分洪區(qū)分洪效果研究
        5.3.1 計算區(qū)域選擇
        5.3.2 計算條件確定
        5.3.3 分洪效果分析
        5.3.4 潰堤洪水的演進規(guī)律
    5.4 胖頭泡蓄滯洪區(qū)分洪效果研究
        5.4.1 胖頭泡蓄滯洪區(qū)概況
        5.4.2 河道洪水還原計算
        5.4.3 潰堤洪水模擬分析
    5.5 本章小結(jié)
第6章 哈爾濱城區(qū)潰堤水流數(shù)值模擬研究
    6.1 引言
    6.2 哈爾濱水文概況
        6.2.1 地理位置
        6.2.2 氣候特征
        6.2.3 歷史洪水概況
        6.2.4 城市防洪工程現(xiàn)狀
        6.2.5 發(fā)生稀遇大洪水的可能性
    6.3 侵入水量的概念
        6.3.1 侵入系數(shù)的定義
        6.3.2 極限侵入水量的概念
    6.4 哈爾濱城區(qū)潰堤水流計算基礎(chǔ)信息
        6.4.1 計算區(qū)域的選取
        6.4.2 計算條件的確定
    6.5 計算結(jié)果分析
        6.5.1 城區(qū)潰堤水流特性分析
        6.5.2 網(wǎng)格精度的敏感性分析
        6.5.3 侵入系數(shù)的敏感性分析
        6.5.4 城區(qū)洪水淹沒過程分析
    6.6 本章小結(jié)
第7章 哈爾濱城區(qū)潰堤水流三維可視化系統(tǒng)
    7.1 引言
    7.2 系統(tǒng)開發(fā)原則及總體框架
        7.2.1 開發(fā)原則
        7.2.2 總體框架
    7.3 三維可視化平臺的建立
        7.3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計
        7.3.2 三維可視化平臺的建立
    7.4 數(shù)學(xué)模型的嵌入技術(shù)
        7.4.1 數(shù)學(xué)模型的封裝方法
        7.4.2 數(shù)學(xué)模型的嵌入
    7.5 可視化平臺的功能與應(yīng)用
        7.5.1 信息的集成查詢與更新顯示
        7.5.2 基于數(shù)學(xué)模型的決策支持
    7.6 本章小結(jié)
第8章 結(jié)論與展望
    8.1 主要結(jié)論
    8.2 本文創(chuàng)新點
    8.3 研究展望
參考文獻
致謝
個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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[3]長江口水流鹽度數(shù)值模擬[D]. 羅小峰.南京水利科學(xué)研究院 2003

碩士論文
[1]流場、河床及航行的動態(tài)演示系統(tǒng)[D]. 徐世濤.清華大學(xué) 2001



本文編號：3657676