河口與河網(wǎng)區(qū)水動力一二維有限元整體模擬研究——以珠江口為例.pdf

1、河口與河網(wǎng)相互作用的復(fù)雜性，要求將河口模型與河網(wǎng)模型結(jié)合在一起研究，本文以此為切入點展開探討，在總結(jié)前人一二維模型工作的基礎(chǔ)上，建立了河網(wǎng)一維與河口二維相耦合的有限元整體數(shù)學(xué)模型，主要解決目前一維二維耦合方法在計算效率、計算穩(wěn)定性、連接交界處耦合、復(fù)雜岸線擬合等四個方面存在的問題，使得一二維整體模型能更好地應(yīng)用于河口的學(xué)術(shù)研究和工程技術(shù)領(lǐng)域。 本文應(yīng)用有限元法，建立珠江三角洲河網(wǎng)一維與珠江河口二維整體有限元模型，在國內(nèi)尚屬首創(chuàng)。

2、因此本研究具有重要的學(xué)術(shù)價值和較高的工程推廣價值。研究結(jié)果表明： (1)運用有限元法實現(xiàn)一維大型河網(wǎng)的模型計算，斷面采用實測的河道橫截面。仿照四點隱式差分法在每個單元內(nèi)部形成方程組，不在相鄰單元之間構(gòu)造方程組，穩(wěn)定性得到改進，收斂速度加快。FEM達到經(jīng)典FDM的計算精度和計算效率。 (2)首次借鑒彈性力學(xué)中桿件與塊體的連接技術(shù)，提出有限元法的直接求解模式，實現(xiàn)一維與二維模型的聯(lián)合整體計算?？朔藘?nèi)邊界取值的難題，一二維連

3、接交界處水流模擬得更加平滑、合理。 (3)改進漢口單元結(jié)點水質(zhì)濃度的處理方法，使得漢口單元滿足物質(zhì)守恒定律和單元物理特征，提高了模型在大型河網(wǎng)水質(zhì)計算中的應(yīng)用能力。 (4)運用有限元法實現(xiàn)二維河口的模型計算，混合使用三角形與四邊形等參數(shù)單元的無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，海岸線模擬得更加貼近。 (5)采用時間方向隱格式、Newton Raphson法和FRONT法等技術(shù)，加快方程組迭代收斂速度，增強計算穩(wěn)定性，放寬時間步長，提高計