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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,防洪評價指南,數(shù)學模型計算分析,第一頁，共三十六頁。,一、模型的選用,根據(jù)實際情況，可選擇定床水流數(shù)學模型或動床泥沙數(shù)學模型進行研究。,對于占用河道過水斷面，影響洪水下泄的阻水建筑物，應采用定床水流數(shù)學模型計算或定床物理模型試驗進行研究，研究工程興建后對河

2、道水位及流速場的影響，并由此分析對河道行洪及河勢影響。,對于建設項目工程規(guī)模較大的或?qū)觿莘€(wěn)定可能產(chǎn)生較大影響、所在河段有重要防洪任務或重要防洪工程的建設項目，應采用動床泥沙數(shù)學模型計算或動床物理模型試驗進行研究。,當建設項目對河道行洪及河勢影響很小或資料缺乏等特殊情況下，也可采用經(jīng)驗公式進行初步計算分析。,第二頁，共三十六頁。,1,、模型基本方程及定解條件,第三頁，共三十六頁。,2,、計算網(wǎng)格的選取,目前，幾乎所有的復雜流場的模擬均需要進行網(wǎng)格的劃分，常見的計算網(wǎng)格可以分為有結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。,一般數(shù)值計算中正交和非正交曲線坐標系中生成的網(wǎng)格都是結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，其特點是每一節(jié)點與其鄰點的聯(lián)結(jié)

3、關(guān)系固定不變且隱藏在所生成的網(wǎng)格之中。,無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格最早在有限元方法中使用，常用的無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格為三角形或任意四邊形，目前一般傾向于采用凸四邊形。無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的優(yōu)點是邊界和地形與網(wǎng)格結(jié)合比較好，利于復雜地形和邊界問題的研究。,第四頁，共三十六頁。,2,、計算網(wǎng)格的選取,第五頁，共三十六頁。,3,、數(shù)值計算方法,有限差分法,有限元法,有限體積方法,有限分析法,第六頁，共三十六頁。,3,、數(shù)值計算方法,1,）有限差分法，主要優(yōu)點：數(shù)學概念直觀，離散及求解格式簡單，編程容易；一般采用,ADI,算法，具有較好的計算穩(wěn)定性及精度。主要缺點：受空間步長的限制時間步長取值較小，計算量較大；由于使用,Taylor,級

4、數(shù)展開并取有限項，數(shù)值精度尤其是邊界精度不高。,2,）有限體積法，主要優(yōu)點：即使對于較粗網(wǎng)格，也能保證水量、動量及輸運物質(zhì)的守恒；數(shù)值計算格式穩(wěn)定，適于處理對流占優(yōu)問題，能實現(xiàn)自動迎風；時間步長可取較大，計算精度高，收斂速度較快。暫未發(fā)現(xiàn)明顯缺點。,第七頁，共三十六頁。,3,、數(shù)值計算方法,3,）有限單元法，主要優(yōu)點：網(wǎng)格適應性強，尤其適合邊界條件較復雜問題的模擬。主要缺點：計算格式復雜、計算量及存儲量較大、大型系數(shù)矩陣求解困難、計算速度較慢，若采用質(zhì)量集中的方法可克服以上缺點，但犧牲了部分計算精度；對于對流占優(yōu)或間斷問題，易引起解的失真，計算域最大流速受到衰減；通常需附加人工粘性和采用人工逆

5、風格式。,4,）有限分析法，主要優(yōu)點：基于局部單元上求微分方程精確解思想，因此具有較高的計算精度，并具有自動迎風特性，計算穩(wěn)定性好，收斂快。主要缺點：單元系數(shù)較復雜，由于需要求指數(shù)函數(shù)，因此計算速度較慢。,第八頁，共三十六頁。,二、模型范圍確定的原則,1,）計算河段范圍應根據(jù)河道邊界及地形條件進行合理選取，進出口邊界盡可能位于單一順直河段；,2,）進出口邊界盡可能選擇在水文站、水位站點附近；,3,）進出口邊界上應避免有回流產(chǎn)生；,4,）計算河段左、右岸邊界應涵蓋洪水能淹沒到的最大范圍；,5,）當計算河段內(nèi)有支流入?yún)R或出流時，若其流量較大或與建設項目間可能產(chǎn)生相互影響時，需作為開邊界進行考慮；,

6、6,）計算河段應充分涵蓋涉水工程可能影響范圍，并留有一定的余地。,第九頁，共三十六頁。,三、模型率定、驗證要求,闡明模型率定與驗證所采用的水文地形資料。率定與驗證計算應通過參數(shù)和邊界條件的調(diào)整，使模擬計算結(jié)果與實測結(jié)果基本相符。,當采用定床模型計算時，需進行水流流場的驗證，主要包括水面線或潮位過程，斷面流速分布或垂線點流速過程及汊道分流比的驗證等；,當采用動床模型計算時，除進行水流驗證外，還需進行含沙量及河道地形的沖淤驗證。同時，根據(jù)河道的水動力特性，可分徑流河段和感潮河段的驗證。,第十頁，共三十六頁。,1,、水文測驗布置,1,）水（潮）位驗證中計算河段內(nèi)的驗證水尺點原則上應不少于,3,個,;

7、,2,）對于徑流河段或以徑流為主的感潮河段，流速驗證一般以斷面的形式進行；對于潮流河段流速驗證一般以垂線點流速過程的形式進行,;,3,）含沙量驗證中斷面或垂線點的布置可與流速驗證中的布置相同。,4,）地形驗證中斷面的布置應從計算河段總體進行考慮，兼顧上下游及分汊河段的各個汊道。,第十一頁，共三十六頁。,1,、水文測驗布置,第十二頁，共三十六頁。,2,、定床模型驗證要求,1,）水位驗證：對于徑流河段，建議允許誤差平原河流為,5cm,，山區(qū)河流為,10cm,；對于感潮河段，高低潮位建議允許相位差為,0.5h,，最高潮位與最低潮位建議允許誤差為,10cm,。,2,）流速驗證：對于徑流河段一般進行斷面

8、流速分布的驗證，斷面上各點垂線平均流速誤差應在,0.10m/s,內(nèi)；對于感潮河段，一般進行垂線點流速、流向過程的驗證，漲落潮段平均流速建議允許誤差,10%,。,3,）流態(tài)驗證：對于流態(tài)較為復雜的河段，還需進行流態(tài)的驗證。,4,）分流比驗證：對于分汊河段，還需進行汊道分流比的驗證，分流比誤差一般應在,2%,以內(nèi)。,第十三頁，共三十六頁。,潮位過程驗證,第十四頁，共三十六頁。,流速過程驗證,第十五頁，共三十六頁。,流速分布驗證,第十六頁，共三十六頁。,3,、動床模型驗證要求,1,）含沙量驗證：斷面含沙量分布趨勢應與原型基本一致，垂線點含沙量過程應與原型基本符合，建議允許誤差為,15%,。,2,）斷

9、面地形驗證：計算時段末斷面地形分布應與相同時間實測地形基本符合，沖淤部位應基本一致，沖淤最大幅度相差不大。,3,）沖淤量驗證：沖淤總量建議允許誤差為,30%,，同時分段沖淤量誤差大部分應在,30%,內(nèi)。,4,）沖淤過程驗證：在資料許可情況下，還可進行沖淤過程的驗證。,第十七頁，共三十六頁。,四、計算條件的選用,選用計算水文條件時，既要研究大洪水條件下，涉水工程對河道行洪水位及流場的影響，進而分析對河道行洪的影響，又要研究在造床流量條件下涉水工程對河道水動力條件的影響，進而分析對河勢的影響。,對徑流河段應采用防洪設計洪水流量、典型洪水流量、造床流量及相應水位，對于航道整治工程應進行整治流量的研究

10、。,對潮流河段應包括大、中、小等典型潮和與設計頻率相應潮型等水文條件。,計算水文條件資料來源盡可能采用水文站點實測資料，在缺乏水文資料情況下，可通過水文分析及模型計算得到。,第十八頁，共三十六頁。,五、工程概化的一般方法,當涉水工程尺度較大時，可按照工程布置在網(wǎng)格劃分時直接進行考慮，工程后通過修改網(wǎng)格地形來反映工程影響。當涉水工程尺度較?。ㄈ绱a頭工程的樁基），在網(wǎng)格劃分時無法準確反映阻水建筑物外形時，可采取工程概化方式進行考慮。根據(jù)國內(nèi)大量工程實際情況，工程概化主要有修改糙率、修改地形、修改應力等方法。,工程概化主要是反映樁群對流場的整體影響，對于樁群內(nèi)部的水流結(jié)構(gòu)無法反映，概化的好壞不僅與參

11、數(shù)的選取有關(guān)，而且與網(wǎng)格的形式和大小有關(guān)，因此在網(wǎng)格劃分時，因盡可能使網(wǎng)格能反映工程的幾何外形，同時對工程部位進行加密，以盡可能減小工程概化所帶來的誤差。,第十九頁，共三十六頁。,五、工程概化的一般方法,第二十頁，共三十六頁。,六、計算內(nèi)容及成果分析要求,對于定床水流模型計算，計算內(nèi)容主要包括對水位的影響和對流場的影響；對于動床泥沙模型計算，除需計算對水位、流場的影響外，還需計算沖淤總量、沖淤厚度、沖淤時空分布等內(nèi)容。,第二十一頁，共三十六頁。,1,、定床水流模型計算,1,）工程實施后水位變化最大值及水位影響范圍，對于感潮河段，還需分析不同時刻潮位的變化情況。,2,）工程實施后流速變化最大值及

12、流速影響范圍。當可能對主流位置、斷面流速分布存在影響時，還需分析工程前后主流線、斷面流速分布的變化情況。若工程位于分汊河段，且對分流比可能產(chǎn)生影響時，還需分析對汊道分流比的影響。對于感潮河段，還需分析不同時刻（如漲急、落急時刻等）流速變化情況，及工程所在斷面潮流量的變化情況。,3,）除以上分析內(nèi)容外，還需進行計算成果的合理性分析，如分析計算流場的合理性，計算得到的工程影響值及影響范圍的合理性。,第二十二頁，共三十六頁。,整體流場的定性分析,第二十三頁，共三十六頁。,局部流態(tài)的定性分析,第二十四頁，共三十六頁。,監(jiān)測點布置,第二十五頁，共三十六頁。,水位變化,第二十六頁，共三十六頁。,流速變化,

13、第二十七頁，共三十六頁。,流向變化,第二十八頁，共三十六頁。,斷面流速分布變化,第二十九頁，共三十六頁。,分蓄洪區(qū)的計算,T=3h,T=24h,T=45h,第三十頁，共三十六頁。,分蓄洪區(qū)的計算,第三十一頁，共三十六頁。,2,、動床泥沙模型計算,1,）工程前后河道沖淤分布對比情況，包括沖淤厚度、分塊沖淤量、沖淤總量的對比等；,2,）斷面沖淤對比分析，分析工程前后工程附近橫斷面地形高程的變化情況；,3,）岸線、深泓線、典型等高線的變化情況；,4,）沖淤隨時間的變化情況。,5,）根據(jù)上述分析結(jié)果進一步分析工程的興建對河勢的影響。,6,）當工程所在河段河勢將來變化較大時，還需在變化的河道地形上進一步

14、計算分析工程對河道洪水位及流場的影響。,第三十二頁，共三十六頁。,謝 謝！,第三十三頁，共三十六頁。,人有了知識，就會具備各種分析能力，,明辨是非的能力。,所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，,古人說“書中自有黃金屋。,”通過閱讀科技書籍，我們能豐富知識，,培養(yǎng)邏輯思維能力；,通過閱讀文學作品，我們能提高文學鑒賞水平，,培養(yǎng)文學情趣；,通過閱讀報刊，我們能增長見識，擴大自己的知識面。,有許多書籍還能培養(yǎng)我們的道德情操，,給我們巨大的精神力量，,鼓舞我們前進,。,第三十四頁，共三十六頁。,第三十五頁，共三十六頁。,內(nèi)容總結(jié),防洪評價指南。數(shù)值計算格式穩(wěn)定，適于處理對流占優(yōu)問題，能實現(xiàn)自動迎風。時間步長可取較大，計算精度高，收斂速度較快。人有了知識，就會具備各種分析能力，。所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，。通過閱讀文學作品，我們能提高文學鑒賞水平，。通過閱讀報刊，我們能增長見識，擴大自己的知識面,第三十六頁，共三十六頁。,