【技术实现步骤摘要】
一维冰水耦合运动的高精度格式模拟方法
本专利技术涉及江河冰凌灾害预报领域，特别涉及江河冰塞、冰坝发生位置以及冰塞、冰坝水位预报方法。
技术介绍
我国高纬度严寒地区河道冰情严重，冰坝凌汛灾害频繁发生。河道内形成冰坝后，河道水位迅速升高，各别年份甚至超过历史最高洪水位，严重威胁河流沿岸居民的生命和财产安全。另外，流冰动量大，可使河道内水工建筑物或涉河建筑物遭到严重破坏。深入研究河冰动力输移的基本规律，对冰坝凌汛灾害防治具有十分重要的意义。在封河和开河时段，水面冰塞过程模拟是河冰模拟的重要组成部分。冰塞模型分为静态冰塞模型和冰动力输移模型。Pariset和Hausser将水面冰塞划分为并置型、窄河阻塞型、宽河阻塞型三种类型，发展了静态冰塞模型理论。许多研究机构相继开发了多款一维静态非平衡冰塞模型并应用到工程分析中，如ICEJAM、RIVJAM、HEC-RAS等。因没有考虑冰的动力特性，静态冰塞模型不能确定何时、何地发生冰塞。此外，冰和水流的运动以及非恒定作用对冰塞演变和冰厚影响显著。Shen开发了一维河冰动力输移模型，将流...
【技术保护点】
1.一维冰水耦合运动的高精度格式模拟方法，其特征在于：包括下列步骤：/n(1)边界条件/n获取计算河段河道横断面数据，上边界流量Z
【技术特征摘要】
1.一维冰水耦合运动的高精度格式模拟方法，其特征在于：包括下列步骤：
(1)边界条件
获取计算河段河道横断面数据，上边界流量Z_boundary和水位Q_boundary观测数据，上边界冰的密集度N_boundary、冰厚ti_boundary以及冰流速u_boundary观测数据；
(2)控制方程
水动力方程包含的未知数为Z和Q，冰动力方程求解的未知数包括N、ti、u，水动力与冰动力控制方程用守恒矢量型式来表示：
其中：
式中，A为水流断面面积；Q为流量；Z为水位；g为重力加速度；pb、pi分别为河床和岸冰湿周；τb、τw分别为在河底和冰—水界面上的剪切应力；τi为岸冰的剪切应力；τ′ax为沿河道风对水面的拖曳力；ρi为冰的质量密度；x为空间坐标；N为冰的密集度；ti为冰厚；u为冰的流速；B为水面冰层宽度；Em为由热力过程所引起的表层冰质量的变化率、包括降雪以及浮冰在水中的交换；τw为沿河水的应力；τax为沿河风的应力；τB为河岸剪切力；Z为水位；σx为沿水平方向上冰的平均应力；为水流方向上重力分量；Ea为由于动力过程和悬浮冰花交换所引起的冰面积密度的时间变率；Ra为由机械再分配引起的冰面积密度的时间变率；
(3)冰水耦合运动统一离散方法
采用中心格式的有限体积法对控制方程进行离散，设第i个单元的长度为△xi，对水动力和冰动力统一型式的守恒方程进行长度积分可得：
式中，Di表示i单元内D的平均值，利用Green定理可得离散方程如下：
式中，Ui为单元中心点的向量，为整个单元的平均值；Fi+1/2和Fi-1/2分别为i+1/2和i-1/2界面处的通量；
(4)界面通量计算方法
根据Godunov方法，每个单元中的变量近似为恒定值，界面通量可通过Riemann问题进行计算；采用HLL近似Riemann解来计算界面通量，该方法稳定并且计算简便，界面通量定义如下：
式中，SL和SR分别为左侧和右侧波速；
当SL<0<SR时，水和冰的界面通量统一表达式，具体如下：
浅水水流波速及冰压缩波波速分别通过下式计算：
式中，VL和VR分别为界面左侧和右侧水流流速；和分别为界面左侧和右侧水力半径；...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙万光，范宝山，李成振，
申请(专利权)人：中水东北勘测设计研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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