河流泥沙数值模拟系统的开发及应用

黄河勘测规划设计有限公司博士后――罗秋实

 

结合黄河流域的河道特点,开发一维水沙数学模型和二维水沙数学模型,在此基础上,对数值模拟前处理、数模计算、后处理等数模工作中诸多关键环节进行系统的研究,形成一套集一维模型、二维模型于一体,运行稳定、功能完善、成果可靠、使用方便的河流数值模拟系统,是水利工程规划、设计及运行实践中研究水流泥沙问题的迫切需要。

1)采用黄河流域的实测资料探讨了黄河流域主要控制断面糙率和挟沙力系数及指数的取值,率定结果表明张瑞瑾挟沙力公式的指数取值在0.92左右,张红武挟沙力公式的指数取值在0.62左右,糙率取值尚无较好计算公式。

2)建立了能够模拟多级支流入汇的一维恒定/非恒定流自适应模型,数学模型通过改进能够模拟局部有压流动和无压交替流动,数学模型验证成果和实测成果吻合较好,且已在多个生产或科研项目中进行了应用。

3)分析了黄河流域主要河段形态及过流特点,结合二维模型计算对计算网格的要求,提出黄河流域主要河道网格剖分宜采用主槽四边形、滩地三角形的混合网格布置模式。探讨了基于河势及大断面资料的河道三维地形生成技术,建立了简单可行三维地形生成方法,在实测资料有限的条件下,能够较为准确地生成河道三维地形。

4)对基于非结构网格的水沙运动数值模拟技术进行了研究,建立了可基于多种网格求解的平面二维河流泥沙数学模型,提高了模型对复杂区域的适应能力,同时改进了内边界处理模式,着重探讨了复杂内边界局部有压流动的模拟,数学模型验证成果表明模型中的处理方法合理得当,计算精度较高。

5)探讨了基于多核处理器的并行计算技术研究,采用OpenMP并行编程标准对基于单核处理器的水沙数模程序进行优化,开发基于多核处理器的并行计算程序,有效提高了数模程序的计算效率。

6)开发数值模拟可视化系统。对数值模拟前处理、数模计算、后处理等关键环节进行分析研究,并基于VBCAD的二次开发技术形成一套较为通用的数值模拟可视化系统。

 

来源:水利水电博士后网    发布日期:2014-5-20
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