环状河网水流的数值计算方法ppt.ppt

环状河网水流的数值计算方法; 模型建立的必要性;模型建立的理论依据; ; ;1.河 网 水 流 模 型;1.1单一河道水流的模拟计算 ; 式中，为流量， ；为水位， ； 为过水断面面积， ； 为动量校正系数； 为水面宽， ； 为水力半径， ； 为谢才系数， ， ； 为河床的造率； 为时间， ； 为流程， ； 为单位流程上侧向出流量， ，负号表示流入，为重力加速度， 。; ; ;1.2 环状河网模型的建立 ;1.2.1水位流量递推关系的建立 ;1.2.1水位流量递推关系的建立 ; ;1.2.2交叉节点水位方程的建立 ;1.2.2交汊节点水位方程的建立;一般情况下，当节点建有堰、闸等水工建筑物时， 节点的断面动力衔接条件可写为： (11c) 将流量与节点水位关系式（11）代入水量平衡方程（10）， 得到与节点相邻的节点水位为未知变量的线性代数方程： (12); 对于河网每一个节点，都可建立上述的节点水位方程，形 成以河网的节点水位为基本未知变量的线性代数方程组： (13) 其中， 为系数矩阵， 为节点水位列阵， 为右端项列阵。 ;为使模型具有可扩充性、可移植性和通用性，节 点水位方程的求解采用矩阵标识法。根据节点水位 方程系数矩阵的高稀疏性，对矩阵中非零元素进行 代码标识。按照代码指示，将非零元素用一维数组 存储，排除零元素，节约内存。求解时，由代码指 示，只对非零元素进行运算，从而大大提高方程组 求解计算的效率。 ;2. 河网的概化;节点编码 对河道中节点进行统一编码，编码顺 序可以任意。但为了编程的方便，需对节点的类 型进行分类：一类为普通节点，即几条河流的交 汇处；另一类节点为建有水工建筑物，如闸，堰 等的特殊节点。 河道的编码 对于外河道和内河道进行统一编 码，通常编码先从内河道开始。 ;河道流动方向 对于内河道，流向是任意的， 计算水流方向为正表示沿箭头所指方向，为负表示 流向逆箭头方向。 河道断面编码 每条河道独立编码，首节点对应 于首断面，末节点对应于末断面，首断面向末断 面递增的方向表示河道的计算流向。 ;3. 河网的水力计算流 程;程序计算步骤;4、 算 例; 算例概化图;上图所示为一规则河网示意图，共有22条 内河道，9条外河道，15个基本节点。设各节 点均为无调蓄能力节点，每条河道长均为 20，底坡1：10000，河道断面为梯形，底宽 50m，边坡1：3，河床糙率0.025。 ;选用的计算参数为 ＝1公里， ＝5分钟。计算 总时长29小时。 各外河道边界条件为： Z(23)=9，Z(24)=8，Z(25)=7，Z(26)=7， Z(27)=8+3.0*sin(3.14*t/12) ，Z(28)=6 Q(29)=100，Q(30)=80，Z(31)=10。 ;图3 典型节点水位演变过程线;运用上述数值方法求解该算例，可得各节点的水位及流量随时间的演变过程。图3显示了5个典型节点的水位波动过程。由图可见，随着外边界水位的正弦曲线变化，内部节点的水位依距离远近，受到不同的影响：最靠近变化边界的节点15受变化边界（边界27）的影响最大，随之作正弦波动，但相位上有滞后现象。某一时段之后，其它相关边界条件的影响也显露出来，使得典型节点的水位波动变得较为复杂。节点13和节点8受非恒定边界的影响逐渐变小，至节点3和节点1已???本不受其影响。可见，该计算结果是合理的，也说明本文的算法是有效的。;5. 结 论;本模型的节点编码具有任意性，模型具有 可扩充性和较强的通用性，可以用于解决工 程实际问题。 模型的计算速度快，且具有较好的精度。 本模型适用于平原地区缓流水域，对于山 区的急流不再适用。;谢 谢！