河道与渐溃堤坝耦联的水力数值模拟的研究

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河堤溃决后的溃堤波会对圩区造成很大的危害,对溃堤波的研究是一个重要课题,研究其演进过程具有重要意义。本文将河道与堤坝下游区域视为一个整体,对于单一河道采用Preissmann四点隐式差分格式计算,对于溃口及圩区采用有限体积法,建立了一维河道与堤坝渐溃耦联的水力模型,也是一维、二维耦合的水流模型。在应用有限体积法无结构网格的基础上建立了高性能的TVD—MUSCL格式,根据堤坝溃口处的流量、水位,计算出沿程下游各点的流速、水位。算例验证表明:应用组合型TVD—MUSCL格式配合有限体积法是一种高解析度的数值方法,且TVD—MUSCL格式对于自动捕捉激波和抑制间断附近的数值解波动十分有效,它对间断具有高分辨率。本文建立逐渐溃堤的水力模型首次对二维逐渐溃堤波的流动问题进行了数值研究,揭示了逐渐溃堤过程中溃口处流场的变化情况,以及溃堤波的传播、绕射、反射及变形的复杂运动特征,能较好地模拟实际工程中的溃堤失事,模拟比较逼近于真实溃决过程,计算精度可满足工程要求。其研究成果能够为防汛部门的正确决策以及溃堤灾害性分析和防灾减灾提供科学的依据,具有较大的实际指导意义。
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