Совершенствование методов имитационного моделирования движения водных потоков в бьефах речных гидроузлов

• Автор: Глотко, Анна Владимировна
• Шифр специальности: 05.23.07, 05.23.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 173 с. : ил.

Оглавление
Введение

i Глава 1. Существующие методы одномерного математического

моделирования плавноизменяющегося движения воды в системах естественных и искусственных водотоков

1.1. Краткий обзор развития методов вычислительной

гидравлики открытых русел

1.2. Математическое представление систем уравнений

СенВенана, используемых в программах I и IV

1.3. Схематическое построение русла и описание,

применяемых расчетных схем

1.4. Особенности методики построения поперечников, постановки

начальных и граничных условий.
1.5. Алгоритм решения для простых русел методом двойной
прогонки
Глава 2. Создание одномерной математической модели водохранилища Чебоксарского гидроузла на участке р.Волги между Нижегородским гидроузлом и г.Нижним Новгородом
2.1. Общая характеристика ВолжскоКамского каскада
гидроузлов
2.2. Одномерная математическая модель Чебоксарского ф водохранилища, построенная по методике, применяемой в
Техническом Университете им. Фридерисиана г.Карслруэ
2.3. Одномерная математическая модель Чебоксарского водохранилища, построенная по методике автора.
Глава 3. Сравнение методологии одномерного и двумерного математического моделирования движения сложных течений
в русле водотока и на пойме.
3.1. Существующие методы описания движения воды на
пойменных участках при помощи одномерных и двумерных
уравнений.
3.2. Методы описания системы двумерных уравнений СенВенана для плановых течений потоков в руслах рек с размываемым дном, используемых в программе .
3.3. Особенность расчетной схемы и алгоритм решения
3.4. Методика схематизации численной модели,
постановка начальных и граничных условий
3.5. Подбор коэффициента шероховатости в одномерной и
двумерной моделях и его роль в калибровке численных моделей
Глава 4. Создание одномерной и двумерной математических моделей на участке р. Волги между Нижегородским гидроузлом и г.Нижним Новгородом для минимальных меженных и максимальных
паводковых расходов и сравнение полученных результатов.
4.1. Построение одномерной математической модели.
4.2. Построение двумерной математической модели
Глава 5.Разработка специальных вопросов методологии использования
ГИСтехнологий в сочетании с численной гидродинамикой для
решения задач гидротехники и водного хозяйства.
5.1. Обзор изученности и состояния современных ГИСтехнологий
5.2. Примеры использования ГИСтехнологий в гидрологии, гидротехнике и экологии
5.3. Совершенствование методов подготовки топографических
исходных данных средствами ГИС для численного моделирования
движения воды в русле и на пойме на примере участка между
Нижегородским гидроузлом и г.Нижним Новгородом
5.3.1. Основные методы сбора, обработки и хранения топографической информации
5.3.2. Понятие цифровой модели рельефа и принципы ее построения
5.3.3. Проблема интерполяции и способы ее решения
Глава 6. Сравнение различных методов построения интерполяционной поверхности
6.1. Построение интерполяционной поверхности методом билинейной интерполяции на основе триангуляционной сетки
6.2. Построение поверхности геостатистическим методом Кригинг
6.3. Построение поверхности методом геометрической интерполяции на основе ячеек Дирихле.
6.4. Определение точности различных интерполяционных методов
Заключение
Список использованной литературы


Е.Скородумовым 6, 7 и В. А.Федосеевым 7, в работах которых большое внимание было уделено схематизации русла. О.Ф. Васильева, в состав которой вошли А. А.Атавин, А. Ф.Воеводин, М. Г.Гладышев, В. С.Никифоровская, Н. А.Притвиц, С. М.Шугрин и др. Результатами работы этого блестящего коллектива стали получение в более общей форме уравнения движения математическое формулирование задачи о плавно изменяющемся и разрывном неустановившемся движениях воды в водотоках и системах разработка численных методов решения одномерных задач в стационарных и подвижных сетках без выделения и с выделением разрыва создание новой методики расчета и идентификации многих параметров уравнений , , , 4, 5. В это же время возникла и существовала другая не менее известная школа, основанная М. С.Грушевским, итогами работы которой стали результаты многолетних исследований неустановившегося движения воды, в том числе и в сложных случаях выхода потока на пойму, а также способы схематизации течений и методы расчета важнейших их параметров . Среди учеников М. С.Грушевского следует отметить Л. В.А. Федосееву, М. И.Русинова 8, 9, 7. И.Б. Историком , который разработал алгоритм задачи с использованием приема мгновенных режимов. В дальнейшем работы но моделированию плавноизменяющихся, разрывных, одномерных и плановых течений были расширены В. М.Ляхтером, А. Н.Милитеевым, С. Я.Школьниковым, В. В.Беликовым и др. Ими были выполнены теоретические исследования и численные эксперименты по моделированию течений применительно к нижним бьефам гидротехнических сооружений. С.К. Рябенького и др. Получили широкую известность работы по разработке математических моделей неустановившегося течения, выполненные Л. И.Коренем , 4, посвятивших много времени формулированию граничных условий, созданию численных методов решения с использованием явных разностных схем. Изучению особенностей неустановившегося движения воды в окрестностях гидротехнических сооружений, закономерностей распределения скоростей, особенностей взаимодействия потока с границам были посвящены работы И. Л.Розовского, В. Е.Еременко, А. А.Базилевича 0, В. М.Ляхтера, Б. Л.Историка, В. М.Синявского, П. М.Рябкина 5 и др. Большое внимание изучению закономерностей течения воды по пойме уделил Н. Б.Барышников 8, 9, который в своих теоретических и экспериментальных исследованиях, оценил влияние сил инерции и сопротивления в различных случаях неустановившегося течения. Изучением взаимодействия руслового и пойменного потока занимался в своих исследованиях Ложкин С. Н. I, 2. В области автоматизации систем для комплексного управления водными ресурсами с использованием современных технологий известны работы В. Э.А. Войтеховской и др. В последнее время проводятся исследования применеия математических методов в области управлении водными ресурсами, проводимые в Институте водных проблем Пряжинской В. Г., Л. К.ЛевитГуревичем и др 7. Кроме всего перечисленного следует отметить работы зарубежных ученых. Наиболее известными являются исследования М. Эббота 7, который сформулировал теоретические аспекты математического моделирования, детально изложил метод характеристик проанализировал вычислительные аспекты использования различных разностных схем. Д.М. МакДоуэлл и Б. А.ОКоннара 0 изучили в своих работах возможность моделирования в одномерной постановке задачи приливных течений. Ж.А. Юонж, Ф. М.Холи и А. Вервей 0, посвятили много времени разработке различных схематизаций, в том числе и пойм, сравнили различные разностные схемы, обратили внимание на вопросы сходимости и устойчивости схемы и ее влияние на конечный результат. Для вывода системы уравнений используется правая декартовая система координат 0X рисЛ. Рис. Расчетная схема к уравнению СенВенана а продольный профиль б поперечное сечение. X2 принимается вертикально. Площадь поперечного сечения со и расход воды в данном сечении при ширине поперечного сечения В рис. О
ьаЬ . ЬШЬ ио . И глубина потока на участке сечения ЗЬ. О Зй . С учетом гидравлического сопротивления и боковой приточности уравнения 1. Ч5и 5 Е .