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hydroinfo在大藤峡水利枢纽一期导流计算中的应用

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东北水利水电 2018年第12期36卷 45-46页

作者：李巍辽宁省冶金地质四○五队有限责任公司辽宁鞍山114000

文章应用hydroinfo,对大藤峡水利枢纽一期导流水流场进行三维数值模拟,并对模拟数值计算结果与水工模拟进行对比分析,为度汛提供了科学的技术指导。

关键词： hydroinfo 三维水面线束窄河床安全度汛

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城市雨洪水动力数值模型研究与应用

城市雨洪水动力数值模型研究与应用

作者：于津晨大连理工大学

学位级别：硕士

随着我国经济发展,城市化速度日益加快,对原有的自然下垫面造成不同程度的破坏,同时也对区域的水文循环过程造成影响。当面对极端天气导致的暴雨时,城市发生内涝灾害的频率逐年增加,造成的危害越来越大,不利于社会生产和人民正常生活。... 详细信息

随着我国经济发展,城市化速度日益加快,对原有的自然下垫面造成不同程度的破坏,同时也对区域的水文循环过程造成影响。当面对极端天气导致的暴雨时,城市发生内涝灾害的频率逐年增加,造成的危害越来越大,不利于社会生产和人民正常生活。面对日益严重的城市内涝灾害,需要构建科学、合理、适用性广泛的城市内涝模拟模型,研究内涝发生的机理与过程,为城市内涝研究与灾害防治提供科学依据。本文借助于大连理工大学金生团队开发的水动力学计算软件hydroinfo,针对城市雨洪耦合模型进行数值模拟研究。1)分析了城市化对于区域水文机制的影响,详细阐述了内涝灾害发生的原因,回顾了去年全球发生影响较大的内涝灾害。分别从一维模型、二维模型和耦合模型三个方面介绍了国内外城市内涝数值模拟研究,介绍了主要研究内容与研究路线。2)详细论述了hydroinfo一维排水系统模型、二维地表水动力模型以及一二维耦合模型数值模拟理论与方法。分别采用环状管网、排水小区算例进行一维模型的验证;采用三角形挡水建筑溃坝洪水演进算例和Toce河阻水建筑物理模型试验验证模型在模拟二维平面水流流动的精确性;采用文献中的经典物理模型试验对水平方向和垂向耦合模型进行验证,确保耦合模型的精度。3)将前文构建城市内涝耦合模型,运用于小尺度区域内涝模拟研究中,通过对实测降雨情况下的水文数据对比验证模型的准确性、适用性,分析区域内涝淹没情况与管网的排水能力。结合区域建设情况,分别提出内涝应抢险处置方案和以LID措施为主的内涝防治改造方案。4)基于研究区的地形地貌、土地利用类型、水系管网等基础数据,构建滨江区城市雨洪耦合模型,分别对重现期为3年、5年、10年的短历时降雨情况进行模拟,分析不同重现期下淹没水深、淹没面积以及检查井溢流情况等结果。结合模拟结果与区域实际情况划分区域易涝风险点,分析区域内涝发生原因,为滨江区防涝减灾工作提供科学依据。

关键词：城市雨洪 hydroinfo 耦合模型 LID 数值模拟

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基于三维潮流场的溢油数值模拟研究

基于三维潮流场的溢油数值模拟研究

作者：金戈大连海事大学

学位级别：硕士

海洋是生命的源泉,而由于人类活动造成的海上溢油事故如船舶碰撞、海上钻井平台泄漏会给海洋环境造成巨大破坏。当溢油事故发生时,能对溢油的轨迹与归宿进行准确模拟预测将会对随后的事故处理提供有效的帮助,从而最大程度减小环境的污... 详细信息

海洋是生命的源泉,而由于人类活动造成的海上溢油事故如船舶碰撞、海上钻井平台泄漏会给海洋环境造成巨大破坏。当溢油事故发生时,能对溢油的轨迹与归宿进行准确模拟预测将会对随后的事故处理提供有效的帮助,从而最大程度减小环境的污染。本文在三维水动力模型的基础上使用“油粒子”方法进行溢油轨迹及归宿的模拟,搭建了包括水动力与溢油模拟的计算程序平台,并使用该平台对近期发生的“桑吉轮”溢油事故进行了预测。主要研究内容如下:(1)使用混合长度湍流模型构建三维水动力模型,用ALE方法解决动边界问题,从而在保证精度的前提下大大减少了计算时间。(2)在水动力模型的基础上,使用了全新的油粒子模型来模拟溢油的行为归宿。(3)将以上模型以及功能整合到hydroinfo水动力信息系统上,从而让用户可以在操作界面上更直观、更方便地进行溢油模拟的工作。(4)使用hydroinfo水动力信息系统对“桑吉轮”碰撞事故进行溢油模拟预测,对随后的溢油处理提供支持。

关键词：溢油模型数值模拟水动力模拟平台 hydroinfo 桑吉轮

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渤海域风暴潮数值模拟研究

渤海域风暴潮数值模拟研究

作者：申赵勇大连理工大学

学位级别：硕士

渤海作为我国的内海,拥有广袤的海岸线,沿海有众多的城市和居民,有丰富的海港和海洋产业资源,而渤海域在历史上,全年都可能会有风暴潮发生,是我国风暴潮发生很频繁的地区之一,这就必然会导致渤海沿岸深受风暴潮灾害之痛,单单是1985年8月... 详细信息

渤海作为我国的内海,拥有广袤的海岸线,沿海有众多的城市和居民,有丰富的海港和海洋产业资源,而渤海域在历史上,全年都可能会有风暴潮发生,是我国风暴潮发生很频繁的地区之一,这就必然会导致渤海沿岸深受风暴潮灾害之痛,单单是1985年8月的Mamie台风,就对渤海沿岸造成了33.5个亿的直接损失。故而深入了解渤海域的风暴潮潮位变化过程,计算台风过境时渤海沿岸的潮位变化,对潮位预报并提前进行防护有着很重要的意义。本文通过了解前人在风暴潮计算时做的工作,首先基于动力理论假设,提出了一个新的台风气压场、风场模型,并拟以此模式来为风暴潮的数值模拟提供风场环境。本文提出的气压场模型是在总结了高桥、藤田和V.Bjerknes模型无量纲公式的共性后,通过提出新的关键参数来构成的。本文提出的风场模型是通过两部分线性叠加构成的,其一是基于气体质点气压梯度力、速度离心力和科里奥利力三力平衡的假设,计算出的梯度风风场;另一部分为基于台风移动对风场的影响所提出的移型风风场。然后通过与前人提出的模型的无量纲化公式的比较证明了其可适用性,通过对实际台风的模拟结果证明了其准确性。本文以Reynolds时均化Navier-Stokes公式和流体的连续性方程作为风暴潮计算方法的控制方程,将整体的计算域在水平方向均匀划分,在垂直方向非均匀划分,然后将方程在垂向上分层积分,最后通过G.Fischer提出的“半显—半隐的差分格式”将方程进行离散并求解。计算时给定初始条件和固壁边界条件,并由本文提出的气压场、风场模型来为计算提供风场环境。但最终的计算结果不太理想,仍需继续完善。本文基于hydroinfo软件对6005号Polly,7203号Rita,8509号Mamie,9711号Winnie和0509号Matsa台风针对渤海域进行数值模拟,将模拟的天文潮潮位、天文潮+风暴潮联合作用时计算的潮位,与当时实际的潮位值进行对比验证。验证结果证明,天文潮模拟结果与实际的天文潮潮位值吻合的很好,天文潮+风暴潮联合作用时的模拟结果可以很好的反映出潮位的变化过程,可以很好的计算出台风侵袭时的最大潮位值,故而可说明其具有切实可行性和准确性。

关键词：气压场风场风暴潮 hydroinfo

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干船坞渗流数值模拟研究及其应用

干船坞渗流数值模拟研究及其应用

作者：吴辉大连理工大学

学位级别：硕士

船坞是供修造船舶用的水工建筑物。船坞分为干船坞和浮船坞两种。其中干船坞是三面接陆一面临水,其周围地下水位和江水位都较高,船坞的地下结构都受到地下水较大的作用力。虽然我们可以利用排水减压设施可以有效地降低或消除地下水对船... 详细信息

船坞是供修造船舶用的水工建筑物。船坞分为干船坞和浮船坞两种。其中干船坞是三面接陆一面临水,其周围地下水位和江水位都较高,船坞的地下结构都受到地下水较大的作用力。虽然我们可以利用排水减压设施可以有效地降低或消除地下水对船坞地下结构的作用力,但是由于排水减压将地下水位降低后,会产生较大的水位差形成较大的水力坡降,从而导致渗流的不稳定和管涌、流土的发生。为了保证渗流稳定,防止管涌和流土的发生,对船坞的渗流分析是必不可少的。干船坞渗流问题通常采用实验和有限元亦或是二者结合的方式给出,但是常常由于实验繁杂或是计算量过大而导致不能很快的给出具有高可靠性的渗流分析结果。渗流分析结果包括了渗流水头分布、渗流速度分布和通过坞底的渗流量,在实际工程中,考虑更多是通过干船坞底部的渗流量。坞底渗流量的大小直接关系着建造排水设施的方案,如果渗流量过大,则方案的经济性和安全性的成本将会很高,所以我们要将通过船坞渗流量控制在一个合理的范围内,使得工程又经济又安全。现行规范还是交通部于1987年发布的《干船坞设计规范》,通过对现行船坞设计规范分析,干船坞渗流量计算公式中渗透轮廓线的等效总长度不易直接求出,采用离散方法等效代替,将渗透轮廓线由曲线离散分解为直线段,容易产生误差,并且化简过程繁杂不方便设计人员计算。本文构造了多种干船坞模型进行数值模拟,考虑了干船坞坞底宽度、透水地基厚度和防渗帷幕的影响,基于大连理工大学独立开发的hydroinfo水力信息系统系统计算出渗流水头分布、渗流速度分布和通过坞底的渗流量。根据点源、线源推导出的渗流量计算公式,并以此基于量纲分析导出半理论计算公式,再依据已得出渗流量计算结果得到新的干船坞渗流量计算公式。公式精度是采取加拿大的一款渗流软件GeoStudio来验证,同时分析水头分布与渗流速度的影响,并注意防治帷幕与船坞底部的加固。

关键词： hydroinfo 干船坞渗流计算防渗帷幕数值模拟

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饱和—非饱和土石坝渗流与稳定数值分析

饱和—非饱和土石坝渗流与稳定数值分析

作者：李晔大连理工大学

学位级别：硕士

土石坝在水利工程领域是一种极为重要而且普遍的坝型,其结构简单、施工方便,目前世界各国已建有数以万计的土石坝,对其安全性的分析与评价显得尤为重要。在土石坝稳定安全的影响因素中,渗流问题占有较大的比重,加之我国水利发展的特殊情... 详细信息

土石坝在水利工程领域是一种极为重要而且普遍的坝型,其结构简单、施工方便,目前世界各国已建有数以万计的土石坝,对其安全性的分析与评价显得尤为重要。在土石坝稳定安全的影响因素中,渗流问题占有较大的比重,加之我国水利发展的特殊情况,有关土石坝渗流与稳定问题的研究有着重大的实际意义。近年来有关土石坝渗流与稳定的数值分析有着较为广泛的应用,结合香水水利枢纽工程,利用hydroinfo水力信息系统和GeoStudio软件的SEEP/W、SLOPE/W模块分别进行渗流和稳定分析,得到正常蓄水位和校核洪水位两种工况分别在心墙正常与失效情况下的浸润线、渗流场分布及上下游边坡的抗滑移安全稳定系数值,二者所得结果基本吻合。计算结果显示,心墙对于坝体的防渗有着重要的作用,心墙失效后坝体内浸润线明显抬高,非常不利于土石坝边坡的安全稳定,而且从土石坝边坡的抗滑移安全稳定系数值中也可以看出,上游坡脚并不满足设计规范的要求,故而应采取相应措施加固坡脚。工程中经常会遇到非饱和土,研究非饱和土的渗透性质需要着重考虑渗透性函数和体积含水量函数,这是由于非饱和土中有负的孔隙水压力的存在。选取香水水利枢纽工程的石渣坝的横剖面作为研究对象,利用GeoStudio软件各模块的耦合分析功能对其进行非饱和渗流场—应力场的耦合分析及边坡抗滑安全系数的计算,得到相应的非饱和渗流场分布、水平和竖向位移分布、抗滑安全系数值。通过与不耦合情况下的应力场及渗流场对比,表明边坡位移在深层区变化缓慢,在浅层坡面位移变化比较大。与不耦合情况下的边坡抗滑安全系数值对比,表明上游坡脚稳定性不够,应采用放缓边坡以及铺石压坡等方法提高边坡稳定性。进而说明对坝体进行耦合分析更具有实际意义。

关键词：土石坝饱和-非饱和渗流与稳定有限元方法 hydroinfo

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城市雨洪耦合模型研究与应用

城市雨洪耦合模型研究与应用

作者：钱铖大连理工大学

学位级别：硕士

随着城镇化进程快速推进,城市规模日渐扩大,功能系统日趋复杂,各类风险日益突出,城市安全面临严峻挑战,其中由暴雨引起的城市内涝问题尤为突出。面对严峻复杂的城市安全形势,亟需更先进的安全发展理念、更系统的风险治理方法以及更智慧... 详细信息

随着城镇化进程快速推进,城市规模日渐扩大,功能系统日趋复杂,各类风险日益突出,城市安全面临严峻挑战,其中由暴雨引起的城市内涝问题尤为突出。面对严峻复杂的城市安全形势,亟需更先进的安全发展理念、更系统的风险治理方法以及更智慧的技术应用赋能,为城市稳定、安全的发展提供支撑。hydroinfo是由大连理工大学开发的计算复杂水流与输运问题的大型数值模拟软件。本文借助于通用的水动力学模型hydroinfo及其云计算平台,针对城市雨洪耦合模型进行数值模拟研究。首先,本文从水文学模型、水力学模型、水文-水动力耦合模型回顾了国内外城市雨洪问题的研究现状与进展,分析了现阶段存在的问题,针对现有问题提出了本文的研究内容与技术路线。其次,对本文所使用的的计算原理与离散方法进行了阐述,为实现完整的城市雨洪耦合模型提供理论依据。通过建立雨水箅子物理模型,对不同工况下雨水箅子泄流能力进行探究,基于试验数据,采用量纲分析总结出截留效率公式,并结合现有研究与相关规范测定雨水箅子泄流能力参考曲线,为一、二维垂向耦合模型中排水系数的确定提供参考。再通过文献算例与雨水箅子物理模型试验分别对模型的一维,二维以及一、二维耦合模型进行验证,确保模型的可靠性。最后,本文将前述的耦合模型方法应用于合肥望湖城项目中。通过对研究区域的地形地貌、土地利用、土壤下渗率、水文气象、降雨资料等方面进行分析,建立了一维河道模型、地下排水管网模型、二维地表径流模型,及其之间相互耦合,同时考虑降雨产流水文要素的完整城市雨洪耦合模型。对耦合模型的模拟结果进行分析,与洪涝风险点进行比较,得到了较为合理的结果,证明本文耦合模型的可靠性。进一步,针对合肥望湖城积水的城市雨洪问题进行调蓄方案设计,为解决望湖城雨洪问题提供思路与参考。

关键词：城市雨洪雨水口耦合模型 hydroinfo 合肥望湖城