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我国是洪水灾害比较严重的国家之一,全国各地都存在不同危害程度的洪水灾害。对洪水进行二维的空间模拟计算,掌握其在平原区的流向、流速、水位情况是治理洪水灾害的一个必要前提。
本文讨论了二维洪水运动的基本原理,对浅水运动的基本理论进行了论述,分析了二维浅水方程的性质及特征理论,对国内外二维洪水模拟计算的方法进行总结分析。
本文开发了基于有限体积法(FVM)的二维洪水模拟模型系统——FVM2DFS模型系统。主要通过描述浅水运动的浅水方程,应用有限体积法进行离散,在一定的初边值条件下,得到随时间变化的迭代式,通过迭代式求得每一个时刻每个单元上的水深,水平流速、垂直流速。
本文讨论了二维洪水模拟计算中的非结构三角网格的布点技术、网格生成技术、网格优化等问题,对模拟区域的网格三角剖分的贪心算法进行了改进。在此基础上开发了非结构三角网格剖分模型系统——UTmesh模型系统。
本文对比FVM2DFS模型系统与丹麦DHI开发的Mike21模型系统在二维瞬时局部溃坝问题方面的模拟结果,发现在处理强间断流问题时,mike21的数值解产生虚假震荡,本文的FVM2DFS模型系统在处理该问题时没有产生虚假震荡,得到的结果与试验结果较为接近。
本文对滔江滞洪区进行基于有限体积法(FVM)的二维洪水模拟计算。从模拟结果看出FVM2DFS模型系统可以较好地将潖江滞洪区复杂的洪水运动情况全面地体现出来。