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基于格子Boltzmann重叠法求解一、二维耦合浅水动力学模型
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作者 杨浩 敬玥彤 +3 位作者 刘海飞 毕娟 王洪达 褚珣 《南水北调与水利科技(中英文)》 北大核心 2025年第1期110-117,129,共9页
提出一种重叠耦合法(superposition coupling method, SCM),以高精度地实现基于一维与二维格子Boltzmann方法 (lattice Boltzmann method, LBM)的水动力模型在复杂地形浅水区域的跨维度模拟耦合。对复杂地形区域的浅水水体进行水动力模... 提出一种重叠耦合法(superposition coupling method, SCM),以高精度地实现基于一维与二维格子Boltzmann方法 (lattice Boltzmann method, LBM)的水动力模型在复杂地形浅水区域的跨维度模拟耦合。对复杂地形区域的浅水水体进行水动力模拟通常涉及跨维度建模,可能会在某些边界处做近似处理,例如河流-湖泊汇合处、洪水淹没区和河口区域。为高效求解跨维度浅水方程(shallow water equations, SWE)问题,SCM通过在一维和二维LBM模型边界处人工设置重叠区域,使不同维度的2个模型在该区域交换水动力信息。在重叠区域采用零梯度边界条件,从而得到耦合所需的变量。1D-2D耦合模型通过了圆形空腔射流和急弯河道2个验证模型的比较测试,结果显示一、二维耦合模型的精度与二维模型基本相当。本研究通过SCM有效地求解了跨维度浅水方程问题,提高了一维与二维模型间的耦合精度,为复杂地形浅水区域的水动力模拟提供了技术支撑。 展开更多
关键词 格子BOLTZMANN方法 水动力模型 一、耦合 重叠法 浅水方程
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基于二维水动力水质模型的感潮河涌水环境改善方案研究
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作者 张茜 冯立 +3 位作者 王朝霞 何向阳 费晓磊 郭绍润 《水利技术监督》 2025年第6期207-211,共5页
感潮河网区域河道密集,闸控多,水动力弱,水质较差,为改善区域感潮河涌水环境质量,以灵山、横沥岛尖为例,构建二维水动力水质数学模型,比较不同闸门启闭方案下河涌内部流场及水质变化情况,以此为基础提出换水周期及换水频率。结果表明,... 感潮河网区域河道密集,闸控多,水动力弱,水质较差,为改善区域感潮河涌水环境质量,以灵山、横沥岛尖为例,构建二维水动力水质数学模型,比较不同闸门启闭方案下河涌内部流场及水质变化情况,以此为基础提出换水周期及换水频率。结果表明,闸门全开方案下,水动力及水质改善情况最好,枯水期时灵山、横沥岛尖分别以2、2.5d为一个换水周期可与外江相应污染物浓度持平,达到良好的水质改善效果。研究成果对于确定感潮河涌水环境改善方案有一定的参考价值。 展开更多
关键词 水环境改善 水动力水质模型 感潮河涌 换水周期 换水频率
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考虑不同水流交换模式的城市洪涝一维二维双向耦合模型 被引量:6
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作者 王小杰 夏军强 +1 位作者 李启杰 侯精明 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期244-255,共12页
为准确模拟城市洪涝过程,以地表二维流动模型和SWMM一维管流模型为基础,同时考虑地表径流与地下管流交换的3种模式,构建了城市地表与地下管流双向耦合的水动力学模型。采用水槽试验算例和理论算例对耦合模型进行验证,并将耦合模型应用... 为准确模拟城市洪涝过程,以地表二维流动模型和SWMM一维管流模型为基础,同时考虑地表径流与地下管流交换的3种模式,构建了城市地表与地下管流双向耦合的水动力学模型。采用水槽试验算例和理论算例对耦合模型进行验证,并将耦合模型应用到英国Glasgow城市街区,分析排水管网和不同地表地下水流交换模式对城市洪涝过程的影响。结果表明:模型在试验算例和理论算例的模拟中均具有较好的精度和可靠性,模型能够准确地模拟具有排水管网的城市洪涝演进过程;与无排水系统相比,检查井简化法、雨水口法和雨水口-检查井法3种水流交换模式下Glasgow城市街区模拟的最大淹没面积分别减少9.3%、23.2%和24.5%,其中对重度积水的消减作用更显著,淹没面积分别减少43.6%、79.9%和80.9%;检查井简化法的消减作用要远小于雨水口法和雨水口-检查井法,后两者差异较小。雨水口法和雨水口-检查井法比较符合实际情况,且雨水口-检查井法的计算效率更高更简单,因此,在城市洪涝模拟中采用雨水口-检查井法考虑地表径流与地下管流交换过程更符合实际。 展开更多
关键词 城市洪涝 SWMM 地表模型 模型耦合 地表径流与地下管流交换
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浅水湖泊平面二维水流-水质-底泥污染模型研究 被引量:27
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作者 龚春生 姚琪 +2 位作者 赵棣华 吴云海 丰茂武 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期496-501,共6页
从三维对流-扩散方程出发,推导包含底泥污染的水质控制方程,并与浅水流动方程耦合,建立相应的浅水湖泊平面二维水流-水质-底泥污染的数学模型。运用伽辽金加权余量法推导出数学模型方程组的有限元公式,开发了实时二维水动力、水质模型... 从三维对流-扩散方程出发,推导包含底泥污染的水质控制方程,并与浅水流动方程耦合,建立相应的浅水湖泊平面二维水流-水质-底泥污染的数学模型。运用伽辽金加权余量法推导出数学模型方程组的有限元公式,开发了实时二维水动力、水质模型。利用模型计算玄武湖混合流、水质动态变化过程,结果与实测值较吻合,从而为浅水湖泊混合流、包含底泥污染的水质模拟提供了一种可操作的新途径。 展开更多
关键词 浅水湖泊 混合流 平面数学模型 水流-水质-底泥污染模型
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动床条件下溃坝水流的二维水沙耦合模型 被引量:11
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作者 夏军强 王光谦 +1 位作者 Lin Binliang 谈广鸣 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第3期296-308,共13页
现有大部分溃坝水流模型仅适用于模拟定床条件下的水流演进,但溃坝水流经常是在动床条件下演进。因此非常有必要同时模拟溃坝洪水演进时的水沙输移及床面冲淤过程。本文首先建立了动床条件下溃坝水流的二维水沙耦合模型。该模型主要由... 现有大部分溃坝水流模型仅适用于模拟定床条件下的水流演进,但溃坝水流经常是在动床条件下演进。因此非常有必要同时模拟溃坝洪水演进时的水沙输移及床面冲淤过程。本文首先建立了动床条件下溃坝水流的二维水沙耦合模型。该模型主要由二维浑水控制方程、非均匀沙不平衡输移方程及河床冲淤方程组成,采用水沙耦合解法以及基于无结构三角网格下的有限体积法离散。同时利用Roe-MUSCL方法以及时间方向的预估-校正格式,使模型在时空方向具有二阶计算精度。然后采用已有算例及水槽试验资料对模型进行了初步验证。最后采用该模型研究了均匀沙及非均匀沙床面对典型溃坝水流演进的影响。模拟结果表明溃坝水流在定床及动床条件下的演进过程明显不同。溃坝水流因流速大,床面变形较快,且床面冲淤速率可与水流变化速率相当,故需要采用浑水控制方程及耦合解法。 展开更多
关键词 溃坝水流 泥沙输移 河床变形 模型 有限体积算法 耦合解法
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二维水流数学模型在船厂工程防洪影响评价中的应用 被引量:2
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作者 邱居华 李阳 +1 位作者 朱士江 王海银 《水利科学与寒区工程》 2024年第2期15-21,共7页
本文通过采用MIKE21模型软件建立二维水流数学模型对长江某船厂工程洪水的流势、流态变化,以及洪水对船厂工程的影响进行数值模拟研究。经模拟分析,汛期遇100 a一遇洪水时,工程局部最大壅水值为0.43 cm,壅水影响长度为105 m,流速最大增... 本文通过采用MIKE21模型软件建立二维水流数学模型对长江某船厂工程洪水的流势、流态变化,以及洪水对船厂工程的影响进行数值模拟研究。经模拟分析,汛期遇100 a一遇洪水时,工程局部最大壅水值为0.43 cm,壅水影响长度为105 m,流速最大增加值为0.06 m/s,工程前后河道水动力特性和流场的变化不大,水流流态及水流流速分布无明显变化,对防洪影响不大。结果表明,使用MIKE21模型软件建立二维水流数学模型方法分析合理,为建设项目对防洪影响的计算与分析提供了可靠的方法,为建设项目安全运行提供了保障。 展开更多
关键词 水流数学模型 MIKE21模型 船厂工程 防洪影响评价
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流域一维二维水环境耦合模型系统算法设计与应用
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作者 李鹏飞 李艺 +3 位作者 李爱华 李爽 李占杰 姚晓磊 《水电能源科学》 北大核心 2024年第11期64-68,共5页
构建一维二维水环境模型进行水质模拟是湖泊型流域开展陆源污染与断面水质响应关系研究的重要手段。针对现有一维二维水环境耦合模型建模过程中数据格式多样化、数据尺度难匹配、预处理过程复杂、参数众多难率定、运算时间长且无法快速... 构建一维二维水环境模型进行水质模拟是湖泊型流域开展陆源污染与断面水质响应关系研究的重要手段。针对现有一维二维水环境耦合模型建模过程中数据格式多样化、数据尺度难匹配、预处理过程复杂、参数众多难率定、运算时间长且无法快速响应超标断面水质调控等问题,设计并开发了流域一维二维水环境耦合模型系统,面向水环境管理业务需求,构建湖泊型流域水环境模型并模拟水环境变化过程,支持水质超标断面污染溯源、污染治理措施效果评价、污染防治与决策等业务开展,对支撑湖泊型流域水环境精细化管理具有广泛的应用价值。该模型系统以陆源污染负荷入河量作为河流污染边界条件,建立河流一维稳态水环境模拟模型,再以入湖河流作为边界条件,在二维正交网格基础上建立湖泊二维稳态水环境模型,从而建立陆源污染源排放与全流域水体断面水质响应关系。在南四湖流域的应用表明,该模型系统具有较高的水质模拟精度,其模拟速率和分析展示功能满足水环境精细化管理过程中的研究需求和业务需求,可为水环境管理决策提供科学依据。 展开更多
关键词 流域水环境模拟 耦合模型 断面污染溯源 模型系统设计 湖泊型流域
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耦合引航道二维水流模型的向家坝水电站运行模式研究
8
作者 曾勇红 黄敏程 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2022年第2期130-135,共6页
向家坝水电站以发电为主,但其运行受引航道通航安全水流流态的限制。根据华东电网典型日负荷统计特性,考虑到机组运行特性以及水位小时变幅与日变幅条件的要求,按照实际水流条件拟定5种向家坝水电站日发电调节流量。采用二维水动力模型... 向家坝水电站以发电为主,但其运行受引航道通航安全水流流态的限制。根据华东电网典型日负荷统计特性,考虑到机组运行特性以及水位小时变幅与日变幅条件的要求,按照实际水流条件拟定5种向家坝水电站日发电调节流量。采用二维水动力模型揭示电站在不同发电流量运行时下游引航道口门区的流态,使用MIKE21对模型求解,从航道的横向流速、纵向流速、水位变幅以及回流情况等指标选择出两种可行的调度工况。最后,通过比较两种工况的日发电量,选择出最适合向家坝水电站的调度模式。按此模式调度,向家坝水电站的平均出力为2914 MW,日发电量为7285×10^(4)kW·h。 展开更多
关键词 引航道 口门区流态 水流模型 水电站运行模式 向家坝水电站
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基于二维平面水流数学模型的平原河道上跨改建桥梁流场影响分析
9
作者 程正果 《大众科学》 2024年第6期41-43,共3页
模型基于全方位不可压缩与雷诺数均匀分布的纳维斯托克斯方程,并服从于非线性布西尼斯克方程假定和静水压强的假定,通过对皖北平原河流上跨桥梁的河道二维水流数学模型研究,分析了平原河流在上跨桥梁改建后的流场变化,对比流速、流向变... 模型基于全方位不可压缩与雷诺数均匀分布的纳维斯托克斯方程,并服从于非线性布西尼斯克方程假定和静水压强的假定,通过对皖北平原河流上跨桥梁的河道二维水流数学模型研究,分析了平原河流在上跨桥梁改建后的流场变化,对比流速、流向变化,分析认为工程实施后,河道流速较小,减轻了洪水期现状河道的岸坡及主河槽的冲刷,受桥墩阻水作用影响,桥墩局部流场发生细微变化,但对河道流场的影响程度和影响范围较小,在较短河段内便可消除,工程对整个河道的流场影响较小。 展开更多
关键词 NAVIER-STOKES 方程 桥梁改建 平原河流 平面水流数学模型
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二维水流数学模型在桥梁工程防洪评价工作中的应用
10
作者 李会 《中文科技期刊数据库(全文版)工程技术》 2024年第5期0181-0184,共4页
数学模型是防洪评价工作中的一种重要技术方法,文章介绍了二维水流数学模型的计算原理、边界条件并将其应用在雄东片区A社区对外道路工程N9路跨新盖房分洪道特大桥防洪评价工作中,得出项目建设前、后工况下洪水演进的过程及水位、流速... 数学模型是防洪评价工作中的一种重要技术方法,文章介绍了二维水流数学模型的计算原理、边界条件并将其应用在雄东片区A社区对外道路工程N9路跨新盖房分洪道特大桥防洪评价工作中,得出项目建设前、后工况下洪水演进的过程及水位、流速、流向及流势流态变化情况,分析项目建设对河道行洪的影响,为科学合理评价桥梁工程的行洪影响提供依据。 展开更多
关键词 桥梁工程 水流数学模型 防洪评价 应用
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一、二维耦合数学模型在水利枢纽通航水流条件研究中的应用 被引量:8
11
作者 崔冬 刘新成 潘丽红 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2009年第1期35-39,共5页
针对目前数值模拟中水利枢纽控制结构物的调度运行与其上下游平面流场难以同时兼顾的研究现状,采用一、二维耦合数学模型成功模拟了大治河西水利枢纽3种调度运行工况下的平面流场,分析了通航水流条件,为大治河新建二线船闸平面布置的合... 针对目前数值模拟中水利枢纽控制结构物的调度运行与其上下游平面流场难以同时兼顾的研究现状,采用一、二维耦合数学模型成功模拟了大治河西水利枢纽3种调度运行工况下的平面流场,分析了通航水流条件,为大治河新建二线船闸平面布置的合理性分析提供依据,也为相关研究提供参考。 展开更多
关键词 数学模型 耦合计算 通航水流条件 大治河西水利枢纽
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河道洪水演进的二维水流数学模型 被引量:21
12
作者 李大鸣 陈虹 李世森 《天津大学学报》 EI CAS CSCD 1998年第4期439-446,共8页
提出了河道洪水演进二维水流数学模型的计算模拟方法.考虑了上、下游洪水边界的控制条件及糙率随河道流量变化的调整,并与采用不同尺度流、波分离方法得到的一维洪水波演进的理论解进行了比较,以永定河上游芦沟桥至金门闸河段为例,... 提出了河道洪水演进二维水流数学模型的计算模拟方法.考虑了上、下游洪水边界的控制条件及糙率随河道流量变化的调整,并与采用不同尺度流、波分离方法得到的一维洪水波演进的理论解进行了比较,以永定河上游芦沟桥至金门闸河段为例,进行了计算验证,结果吻合良好. 展开更多
关键词 洪水演进 数学模型 水流 河道 水文预报
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通量差分裂格式的二维水流水质计算的适用性分析 被引量:9
13
作者 丁玲 逄勇 +2 位作者 赵棣华 吴建强 吕俊 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第5期561-565,共5页
将通量差分裂(FDS)格式应用于二维水流 水质数值模拟中。应用若干理想条件下的简化模型对格式的计算精度进行分析,结果表明:FDS格式不仅能高精度地模拟浓度梯度较缓的污染物稳定排放情况,且其二阶格式能高分辨率捕俘水质间断,与理论值... 将通量差分裂(FDS)格式应用于二维水流 水质数值模拟中。应用若干理想条件下的简化模型对格式的计算精度进行分析,结果表明:FDS格式不仅能高精度地模拟浓度梯度较缓的污染物稳定排放情况,且其二阶格式能高分辨率捕俘水质间断,与理论值吻合很好,说明FDS二阶格式能高精度地计算污染物间断排放引起的大浓度梯度或水质突跃情况。该格式在长江南通江段水环境数值模拟中的应用验证了它的实际应用能力。 展开更多
关键词 通量差分裂格式 水流水质模型 计算精度
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基于黎曼近似解的溃堤洪水一维-二维耦合数学模型 被引量:51
14
作者 姜晓明 李丹勋 王兴奎 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期214-221,共8页
采用一维-二维耦合数学模型对溃堤洪水进行模拟,可以发挥两者优势,提高计算效率。将基于黎曼近似解Godunov格式的一维、二维水流数学模型通过堰流公式进行耦合,实现交界面的水力要素交互;一维、二维模型均采用中心形式的有限体积法求解... 采用一维-二维耦合数学模型对溃堤洪水进行模拟,可以发挥两者优势,提高计算效率。将基于黎曼近似解Godunov格式的一维、二维水流数学模型通过堰流公式进行耦合,实现交界面的水力要素交互;一维、二维模型均采用中心形式的有限体积法求解,分别采用HLL格式和Roe格式计算界面通量,具有一致的空间同步性。通过经典算例验证了模型的可靠性和稳定性,应用耦合模型对1998年松花江干流胖头泡溃堤洪水进行了模拟计算,较好地模拟了溃堤洪水的演进过程与淹没范围,对200年一遇洪水的分洪效果进行了分析,为此区域的分洪利用及松花江中上游防洪调度提供参考依据。 展开更多
关键词 水动力学 有限体积法 耦合模型 溃堤洪水 松花江防洪
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平原感潮河网地区一维、二维水动力耦合模型研究 被引量:34
15
作者 徐祖信 尹海龙 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2004年第6期744-752,共9页
 提供了一种复杂地形、水流条件下一维、二维水动力耦合模型的通用计算方法。根据感潮河流地形复杂、河岸弯曲多变、河道狭长的特征,采用有限元法求解一、二维水动力模型控制方程;在一、二维模型连接断面处,利用两种模型模拟的水位、...  提供了一种复杂地形、水流条件下一维、二维水动力耦合模型的通用计算方法。根据感潮河流地形复杂、河岸弯曲多变、河道狭长的特征,采用有限元法求解一、二维水动力模型控制方程;在一、二维模型连接断面处,利用两种模型模拟的水位、流量相等的条件,实现一、二维模型的耦合。依据该原理,开发了大范围的上海市黄浦江上游地区河网一维与黄浦江干流二维水动力耦合模型,验证结果表明:一、二维耦合模型的设计是合理的。 展开更多
关键词 感潮河流 水动力模型 耦合模型
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河流二维水质模型与地理信息系统的集成研究 被引量:15
16
作者 庄巍 逄勇 吕俊 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第S1期552-558,共7页
根据水质预测、管理的不同需求,提出基于二维对流扩散方程的三种水质计算模式:连续点源排放水质模型,瞬时点源排放水质模型,有限体积法求解的数值解水质模型。基于MO进行GIS系统的组件式开发,实现了GIS平台下河势贴体河道二维正交网格... 根据水质预测、管理的不同需求,提出基于二维对流扩散方程的三种水质计算模式:连续点源排放水质模型,瞬时点源排放水质模型,有限体积法求解的数值解水质模型。基于MO进行GIS系统的组件式开发,实现了GIS平台下河势贴体河道二维正交网格的自动生成,解决了二维水体的空间网格离散问题。在此基础上,将三种类型的二维水质模型模块与GIS平台集成,以更好满足水质预测与管理在水质模型计算方式选取、计算精度与实现效率等方面的需求。 展开更多
关键词 水质模型 地理信息系统 系统集成
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热污染的一、二维耦合模型及其应用 被引量:16
17
作者 程杭平 韩曾萃 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2002年第6期647-655,共9页
滨海、河口二个火电站并存时 ,其冷却水所释放的热量常造成周围水体的温度上升并相互干扰、叠加。它们之间的水体、温度相互流动、渗混 ,交接点上的水位、流速及温升同时满足一、二维方程 ,为此必须进行耦合解。本文提供了一、二维任意... 滨海、河口二个火电站并存时 ,其冷却水所释放的热量常造成周围水体的温度上升并相互干扰、叠加。它们之间的水体、温度相互流动、渗混 ,交接点上的水位、流速及温升同时满足一、二维方程 ,为此必须进行耦合解。本文提供了一、二维任意交角普遍性的耦合解法 ,并应用北仑、镇沦二个火电站之间的热污染计算为实例 ,求得了它们相互影响的定量值。 展开更多
关键词 热污染 耦合模型 耦合模型 任意交角 耦合
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基于平面二维水质模型的潮汐河流污染源反演 被引量:12
18
作者 常文婷 王冠 韩龙喜 《水资源保护》 CAS 2010年第6期5-8,共4页
根据潮汐河流的水动力及污染物输运特点,采用二维非稳态水动力、水质模型构造污染源控制反问题,在确保控制点水质达标的前提下,通过对污染源进行反演控制,实现总负荷量最大与污染负荷最优分配的目标。以长江小河口—十二圩段为例,对反... 根据潮汐河流的水动力及污染物输运特点,采用二维非稳态水动力、水质模型构造污染源控制反问题,在确保控制点水质达标的前提下,通过对污染源进行反演控制,实现总负荷量最大与污染负荷最优分配的目标。以长江小河口—十二圩段为例,对反演方法进行验证。结果表明,反问题计算结果是可信的。 展开更多
关键词 潮汐河流 水质模型 污染源控制 反问题
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珠江三角洲一维河网与三维河口耦合水质模型模拟与验证 被引量:9
19
作者 胡嘉镗 李适宇 +1 位作者 裴木凤 耿兵绪 《海洋与湖沼》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期1-9,共9页
在一维与三维耦合水动力、悬沙模型的基础上,构建了珠江三角洲一维与三维耦合水质模型。模型中包括浮游植物-氮-磷-碳-溶解氧循环,并考虑颗粒物在底泥与水体界面的再悬浮过程。选择了三个代表性时段(1999年1月、1999年7月与2000年)进行... 在一维与三维耦合水动力、悬沙模型的基础上,构建了珠江三角洲一维与三维耦合水质模型。模型中包括浮游植物-氮-磷-碳-溶解氧循环,并考虑颗粒物在底泥与水体界面的再悬浮过程。选择了三个代表性时段(1999年1月、1999年7月与2000年)进行水质模拟,并采用相应水期的实测资料进行验证。结果表明,耦合水质模型计算效果良好,较好地再现了整个研究区域内各水质要素的时空分布规律,成功描述了珠江三角洲河网与河口区的动力与生物化学变化过程。 展开更多
关键词 珠江口 感潮河网 数值模拟 与三耦合水质模型
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基于立面二维水动力-水温耦合模型的水库水温分布 被引量:13
20
作者 王冠 韩龙喜 常文婷 《水资源保护》 CAS 2009年第2期59-63,共5页
建立了考虑浮力影响的立面二维水动力-水温耦合数学模型,对温差异重流进行了研究,分析了浮力流的水流结构和温度分层的形成、发展过程,利用水库物理模型的试验数据对模型进行了验证,再将该模型应用于一拟建水库,模拟预测了该水库建成后... 建立了考虑浮力影响的立面二维水动力-水温耦合数学模型,对温差异重流进行了研究,分析了浮力流的水流结构和温度分层的形成、发展过程,利用水库物理模型的试验数据对模型进行了验证,再将该模型应用于一拟建水库,模拟预测了该水库建成后夏季典型条件下库区的流场及温度场分布,研究了不同高程放流洞放水对库区流场、温度场及下泄水温的影响。 展开更多
关键词 水库水温 浮力流 立面耦合模型 大坝下游 温差异重流
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