《淺水流動的大時間步長格式及其在沙壩模擬中的套用》是許仁義於2013年12月27日編制的科技報告。
基本介紹
- 中文名：淺水流動的大時間步長格式及其在沙壩模擬中的套用
- 報告類型：專題報告
- 公開範圍：公開
- 計畫名稱：國家重點基礎研究發展計畫
內容摘要
計算精度與計算效率難以兼顧一直是困擾淺水流動數值模擬的難題，制約了洪水災害預報的可靠性。本文基於淺水流動的特徵理論和雙曲方程行波解，從經典Roe格式出發，建立了淺水流動模擬的大時間步長（Large Time Step，LTS）格式。該格式具有計算效率高、穩定性好的特點，同時達到優秀的計算精度，是淺水流動數值模擬的先進數值格式，具有重要的科學和套用價值。本文在如下三方面取得重要新進展： 通過將淺水流動的經典格式Roe格式轉化為行波解的形式，同時用Riemann精確解計算淺水波速和波強度，建立了淺水流動模擬的大時間步長格式。由於該格式利用Riemann精確解本身具有分辨和描述稀疏波傳播特徵的特性，從而實現了對稀疏波傳播特徵的精確計算，避免了傳統LTS格式無法準確計算稀疏波傳播帶來的非物理解和計算失穩的問題。計算表明，對潰壩問題CFL數可提高至5並保持很高的計算精度和計算效率。 採用隨機選取法（Random Choice Method，RCM）有效抑制了LTS在CFL數大於5時出現的非物理震盪，進一步將計算CFL數提高至25，解決了現有LTS格式CFL數一般小於5的限制。因採用多波分裂方法，使得計算在實現較高效率的同時，達到了高解析度、高計算精度的目標，從而實現了淺水流動的高效、高精度模擬。 建立了基於非結構格線的二維LTS格式，模擬了支流高含沙洪水沙壩淤堵過程，揭示了高含沙洪水入匯形成沙壩的機理及形態特點，發現在匯流區上游會形成沙壩，而在其下游則會形成回流淤積區，並沿乾支流剪下流帶形成導流溝，這與土石流入匯堵河形態有較大區別；上游沙壩的形成是漫灘回流由對岸（左岸）嫩灘逐漸向右岸發展，與異重流淤積一起形成沙壩淤堵；在較大幹流流量情況下，沙壩最先在右岸沙壩最薄弱處形成潰口，並逐漸出現多個潰口，直至最終消亡。
