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长江中下游水沙输运及其调控数学模型研究

施勇  
【摘要】:根据长江中下游水系复杂,涉及范围广,地域差异显著,空间尺度变化大,区域组成复杂多样,且耦合作用强,相互影响,相互制约等实际情况,从探索长江中下游水沙输运规律包括河道水沙和湖泊水沙运动规律入手,针对一维非恒定流非均匀沙河网水沙输运和河床演变模型,二维湖泊水沙有限控制体积法数学模型,以及在数值模拟框架内对区域内各种水力单元或环节的计算模式,包括分流口、汇流口水沙计算模式,河网动边界及其计算模式,湖泊泥沙输沙率计算模式,动床阻力计算模式和河道横断面变形计算模式,进行了深入研究,从而构建了长江中下游水沙输运数学模型。所得研究成果通过长江中下游长历时水沙输运和河床变形的模拟计算,并与实测资料相比较,取得了良好成果。在上述研究的基础上,开展了长江中下游防洪若干规划方案的论证计算,论证计算的成果已运用长江中下游防洪规划之中,并将所研究的数学模型延伸到长江中下游实时环境下的洪水预报与调度仿真模拟,并以此为内核建立了长江中下游实时洪水预报调度系统,该系统已在长江中下游防汛中进行试运行,取得了良好的效果。 论文共分为六章进行讨论。第一章绪论,重点讨论研究课题的背景、科学意义及其研究现状;第二章长江中下游江河湖泊水沙特性,重点讨论长江中下游水沙特性的复杂性和建模难点;第三章一维河网水沙数值模拟的核心算法,针对复杂水系水沙模拟存在的问题,讨论复杂水系水沙计算模式的建立和关键环节的科学技术处理;第四章平面二维水沙数值模拟核心算法,利用目前高性能水流计算方法,建立二维水沙数值模拟的有限控制体积算法,并对二维湖泊泥沙淤积规律及其特性,提出湖泊泥沙淤积计算模式;第五章模型的率定与检验,通过长江中下游水沙资料对所建模型算法进行检验;第六章模型的应用,重点讨论研究成果的实际运用。


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