河口與河網區(qū)水動力一二維有限元整體模擬研究——以珠江口為例.pdf

1、河口與河網相互作用的復雜性，要求將河口模型與河網模型結合在一起研究，本文以此為切入點展開探討，在總結前人一二維模型工作的基礎上，建立了河網一維與河口二維相耦合的有限元整體數(shù)學模型，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用于河口的學術研究和工程技術領域。 本文應用有限元法，建立珠江三角洲河網一維與珠江河口二維整體有限元模型，在國內尚屬首創(chuàng)。

2、因此本研究具有重要的學術價值和較高的工程推廣價值。研究結果表明： (1)運用有限元法實現(xiàn)一維大型河網的模型計算，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部形成方程組，不在相鄰單元之間構造方程組，穩(wěn)定性得到改進，收斂速度加快。FEM達到經典FDM的計算精度和計算效率。 (2)首次借鑒彈性力學中桿件與塊體的連接技術，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。克服了內邊界取值的難題，一二維連

3、接交界處水流模擬得更加平滑、合理。 (3)改進漢口單元結點水質濃度的處理方法，使得漢口單元滿足物質守恒定律和單元物理特征，提高了模型在大型河網水質計算中的應用能力。 (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)單元的無結構網格，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，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