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题名基于光滑粒子数值方法的坡面水动力过程模拟研究
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作者
莫诗玙
田丽蓉
顾声龙
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机构
青海大学土木水利学院
黄河上游生态保护与高质量发展实验室
水利部江河源区水生态治理与保护重点实验室
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出处
《水利水电技术（中英文）》
北大核心
2024年第10期124-136,共13页
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基金
国家自然科学基金项目(52369016)
国家重点研发计划(2023YFC3206303)
+1 种基金
水圈科学与水利工程全国重点实验室开放基金资助项目(sklhse-2023-B-04)
青海大学青年科研基金项目(2022-QGY-09)。
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文摘
【目的】为模拟降雨后在不透水边界层上的坡面流水动力过程,【方法】建立了一种基于浅水方程(SWE)的降雨-径流模型(SWE-SPH-RR)。SWE-SPH-RR模型采用光滑粒子数值方法求解一维浅水方程,该数值方法通过改变流体粒子质量来模拟降雨输入,采用粒子重构技术实现了无需新的入流粒子来模拟坡面径流过程。利用该模型分别模拟了四个不透水边界层上的降雨-径流案例,分析了不同降雨强度和地形坡度等变量对坡面径流水动力学特性的影响。【结果】结果表明:无论是恒定降雨或非恒定降雨时,模型都能够较好地捕捉坡面上的急流、缓流现象,模拟值与试验值在出口流量或水深等方面具有较好的一致性,平均相对误差均在5%以内。在三种不同坡度组合的地形上施加降雨时,陡坡上产生的径流动量较大,与缓坡上的径流相遇时会在流量图中出现凸起现象,这与试验得到的结果趋势基本一致,说明该模型对于复杂地形和混合流态同样适用,能够准确建模并表现出良好的性能。对于出口流量结果中出现了少数的数值振荡问题,可能需要调整人工粘性项的参数,或是使用其他出流边界,以抑制振荡波的发生。【结论】该模型框架简单,计算结果合理准确,能够较好地模拟不同地形和降雨模式下的坡面流过程,具有一定的可行性和可靠性。
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关键词
降雨
数值模拟
坡面水动力过程
光滑粒子数值方法(SPH)
浅水方程(SWE)
变质量粒子
粒子重构技术
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Keywords
rainfall
numerical simulation
overland flow
Smoothed Particle Hydrodynamics(SPH)
Shallow Water Equations(SWE)
variable mass particles
particle reconstruction technique
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分类号
TV135.2
[水利工程—水力学及河流动力学]
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