地下水流及其通量的数值模拟

利用混合有限元方法建立地下水流及其通量的数值计算模型,用以模拟均质土壤中当地下水埋藏很深且初边值条件不同时的水分运动,用来统一计算剖面入渗、蒸发、蒸滕和再分配以及当这些现象交替出现时的土壤含水量和水分通量分布。     

非饱和渗透深度数值模拟

由于无时间差分法计算得出的非饱和渗透深度公式繁琐复杂,采用近似渗透解理论,通过最小二乘法理论及相应的计算机程序模拟计算湿度系数f1和f2与湿度θ的关系,得出了相关度较高的非饱和土渗透深度模拟公式,从而使计算工作更加快捷,方便工程技术人员运用.另外,自制了易操作的非饱和瞬态渗流试验装置.以粘土为例,测定了渗透深度随时间的变化值,绘制了渗透深度与湿度的关系曲线,同时,通过试验数据验证了非饱和土渗透深度模拟公式的合理可行性.     

非饱和分层土壤中污染物迁移转化规律研究

分析了污染物在分层土壤中随下渗水体向下迁移的机理过程,借助于数值计算模型模拟计算非饱和分层土壤中污染物迁移转化特性,研究了不同土壤层及土壤层的排序对污染物迁移转化的影响状况。     

地下水流数值模拟的研究现状和发展趋势

数值模拟方法是评价地下水资源量、模拟自然界一些水文地质过程发生和发展的主要方法和手段之一.作者着重论述了三维流模型开发、流速场与流线的计算方法、非均质参数的区域概化、繁杂数据的优化处理等热点问题以及MODFLOW等软件在三维流中的应用.提出三维水流模拟软件(如MODFLOW)与遥感、地理信息系统及全球定位系统结合起来是地下水流数值模拟的未来发展趋势.     

黑河地区边界层平均结构和通量的数值模拟

利用ＮＭＣ２．５°×２．５°同化资料，采用改进的高分辨Ｂｌａｃｋａｄａｒ边界层模式，对１９９１年７月７日０８ＢＬＴ（北京时）至次日０８ＢＬＴ黑河地区边界层平均结构和通量进行了２４ｈ数值模拟，得到一些较为合理的结果，给出了不同下垫面上晴天和夜间的边界层结构特征和通量演变，边界层结构与下垫面和天气条件关系甚密，并与已有观测结果基本一致．     

水流入渗问题的数值模拟

用有限体积元方法建立了非饱和土壤水分入渗问题的数值模型.通过数值算例比较验证了该数值方法的有效性,同时也得到一些重要的有价值的结论.     

不同下垫面热通量和水汽通量的数值计算

发展了一个裸露土壤的参数化数值计算方法，检验了土壤物理参数对土壤－大气界面热通量和水汽通量计算的敏感性。结果表明，土壤工是最重要的土壤特征参数，它直接控制着地表和大气之间水，热通量的输送强度和热量平衡。     

平原河网水流水质数值模拟研究展望

论述了河网地区主要水量、水质模拟方法的基本理论、发展过程及其在生产实践中的应用状况,并从理论与应用角度分析了现今广为应用的水流、扩散质数值模拟方法的优缺点,同时在此基础上提出了改进数值模拟方法的设想：根据陆域特征研究适用于河网地区的面源污染负荷模型;根据交叉口扩散质输运特征研究河网水质精细模拟方法．     

复式断面河道水流泥沙数值模拟

建立了复式断面河道一维扩展水流、泥沙数值模型,并且对阳泉治理河段的水流、泥沙情况进行了计算。计算结果与试验结果相比符合较好,说明了一维扩展水沙模型在实际工程上应用的可行性     

开敞性水域水流三维数值模拟

针对开敞性宽浅型水域的水流结构特性，以静压假定建立垂向水深无量纲水流运动三维计算模式，并引入ｋ－ε紊流模型求解垂向紊动粘性系数，连云港实例计算表明，模式计算结果合理，精度高。     

加长型环形水槽水流特性的数值模拟

由直槽及半环形水槽组成的加长型环形水槽被用来研究水流的三维水力特性。水流由位于水面的运动固体盖拖曳而产生运动。采用ADV测速仪对水流动力学特性进行物理观测，并采用美国Fluent公司的标准化CFD计算软件对水流进行了三维数值模拟。研究表明，在弯段有明显的二次流，水槽外侧流速大于内侧，且由于对流作用，弯段下游的直段水槽内水流也呈类似分布，但随着流程的增加，流速沿横向分布趋于均匀，与单一环形水槽相比，加长型环形水槽由于直段内水流结构相对简单，可以更好地用于泥沙动力学研究。     

二维非饱和土壤水流方程基于POD方法的有限元格式

将特征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)应用于二维非饱和土壤水流方程通常的有限元格式,将其简化为一个计算量少但具有足够高精度的POD有限元格式,并给出POD有限元解的误差估计.数值例子表明:POD有限元解能有效地表达土壤水流的运动特征,保证了POD有限元解和通常有限元解误差足够小,而且POD有限元格式有较少的自由度,比通常的有限元格式大大节省了计算量和内存容量,从而验证POD方法的有效性.     

非饱和土壤渗透自适应网格法数值计算

为提高非饱和土壤渗透求解的精度,综合考察现存方法的优缺点,通过理论研究,基于Richards方程变换,建立了非饱和土壤渗透求解的向前探索自适应网格有限差分法(AF法).该方法使用了水土势双曲正弦变换的隐式差分格式,并采取了自动向下搜索的空间网格形式,解决了干燥地表固定网格计算量过大的问题,同时计算速度大大提高,计算误差小于固定网格法的误差值.该方法可用于向下渗透、地下水重新分布以及土壤水向地下水位内的水体排水几种渗流方式,对土壤渗流问题的求解具有一定的参考价值和指导意义.     

泵站箱涵式出水流道三维湍流数值模拟

采用雷诺平均纳维-斯托克斯方程(RAN S)和标准k-ε湍流模型,运用SIMPLEC算法,数值模拟了箱涵式出水流道5种不同喇叭管悬空高度流道内流场,预测了旋涡发生位置和形态,分析了流道纵、横向剖面、喇叭口及出水柱状面上速度分布规律.数值计算得到各方案的流道摩阻系数,并与试验结果进行比较,提出了箱涵式出水流道优化设计方法.     

曲线坐标系下非均匀水流中波浪传播的数值模拟

利用自适应网格技术，建立了曲线坐标系下缓变水深水域非均匀水流中波浪传播的数值模拟模型。将椭圆型非均匀水流中波浪传播的联合折射-绕射方程化为依赖时间变化的抛物型方程，并以此作为控制方程，克服了一般抛物近似方法的缺点；从开边界条件、不同反射特性的固壁边界条件相统一的表达式出发，对边界条件进行处理；用ADI法数值求解控制方程。验证结果表明，模型能适应复杂的边界形状，可以较好地模拟复杂边界条件下波浪传播过程中的多种物理现象，克服了以往各种代数坐标变换的局限性，有效地反映了水流对波浪传播的影响。模型的模拟结果可供实际工程参考使用。     

北京平原地下水流数值模拟情景分析

在非稳定流模型(1995~2014年)基础上设计5个情景:现状(A)、回灌(B)、沉降中心停采(C)、沉降中心部分减采(D)及不同沉降中心不同减采比例(E),对北京平原2015~2030年地下水可持续利用进行分析。结果表明:(1)现状条件下,由于连续干旱及应急水源地的投入运行,北京平原地下水储存量被持续大量消耗,地下水位快速下降;(2)预测期内平均来说,A和B分别消耗1.16×108、0.28×108m3/a的地下水储存量,而C、D、E储存量分别恢复3.52×108、1.18×108、2.83×10~8m~3/a;(3)设计合理情景F:5区(八仙庄)、6区(天竺)和7区(王四营)的工业和城市生活用水分别减采0.51×108、0.12×108、1.76×108m3,总开采量19.28×10~8m~3,F是北京平原未来应采取的最优开采情景。     

土壤热湿迁移实验与数值模拟的研究

对蒸发状况下土壤中的热湿迁移进行了实验研究，同时也相应条件作了数值模拟，所得结果能够相互验证，在此基础了阐述了土壤中热湿迁移的一般规律。     

降雨对非饱和土路基含水量的影响分析

降雨对非饱和土路基的含水量具有较显著影响。基于路基内部水运动原理,分析了降雨对路基的浸润作用;研究IEM和FDEM降雨模型雨水入渗路基机理,导出了降雨作用下雨水入渗路基深度公式;研究了降雨作用下非饱和土路基的饱和一非饱和流,基于一般渗流方程,初步推出了降雨作用下非饱和土路基的饱和一乍饱和渗流公式。分析结果表明,降雨作用下的路基渗流的深度可达100.0cm以上,含水量的变化可达15％。     

水流和泥沙问题数值模拟与工程应用

建立一种计算对流占优及强间断问题的高分辨率格式 ,该格式与流动微分方程的离散过程相互独立 .通过离散系数的重构 ,达到提高精度避免数值振荡的目的 ,可方便地应用于多维与非结构化网格系统 .与溃坝问题的理论解吻合良好 ,并在实际工程应用中进行了验证对比 .对水流、泥沙问题的数学模型及数值模拟的自动化与可视化进行了探讨