自适应网格在复杂地形浅水方程求解中的应用

周建中; 张华杰; 毕胜; 严凡; 赵越

高级搜索

全国中文核心期刊
中国科技核心期刊
美国工程索引（EI）收录期刊

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

自适应网格在复杂地形浅水方程求解中的应用

周建中, 张华杰, 毕胜, 严凡, 赵越

文章导航 > 水科学进展 > 2013 > 24(6): 861-868

周建中, 张华杰, 毕胜, 严凡, 赵越. 自适应网格在复杂地形浅水方程求解中的应用[J]. 水科学进展, 2013, 24(6): 861-868.

引用本文:

周建中, 张华杰, 毕胜, 严凡, 赵越. 自适应网格在复杂地形浅水方程求解中的应用[J]. 水科学进展, 2013, 24(6): 861-868.

ZHOU Jianzhong, ZHANG Huajie, BI Sheng, YAN Fan, ZHAO Yue. An application of adaptive grid method to shallow water equations on complex topography[J]. Advances in Water Science, 2013, 24(6): 861-868.

Citation:

ZHOU Jianzhong, ZHANG Huajie, BI Sheng, YAN Fan, ZHAO Yue. An application of adaptive grid method to shallow water equations on complex topography[J]. Advances in Water Science, 2013, 24(6): 861-868.

自适应网格在复杂地形浅水方程求解中的应用

周建中^1,2,
张华杰^1,2,,
毕胜^1,2,
严凡^1,2,
赵越^1,2

1.
华中科技大学水电与数字化工程学院, 湖北武汉 430074;
2.
数字流域科学与技术湖北省重点实验室, 湖北武汉 430074

基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51239004）；水利部公益性行业科研专项经费资助项目（201001080）

详细信息

作者简介:
周建中（1959-），男，湖北武汉人，博士研究生导师，主要从事流域水资源优化调度及高性能数值仿真计算方法等研究。E-mail：jz.zhou@hust.edu.cn

通讯作者:
张华杰，E-mail：zhanghuajie@hust.edu.cn

中图分类号: TV131.2

An application of adaptive grid method to shallow water equations on complex topography

ZHOU Jianzhong^1,2,
ZHANG Huajie^{1,2
,},
BI Sheng^1,2,
YAN Fan^1,2,
ZHAO Yue^1,2

1.
School of Hydropower and Information Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;
2.
Hubei Key Laboratory of Digital Valley Science and Technology, Wuhan 430074, China

Funds: The study is financially supported by the National Natural Science Foundation of China (No.51239004) and the National Non-Profit Research Program of China (No.201001080).

摘要: 计算域内地形的概化精度对模拟结果有较大影响，针对实际地形中同时存在狭长河谷与广阔泛洪区的问题，在层次自适应网格模型的基础上，研究了网格快速加密与合并的步骤，并以水位梯度与局部弗劳德数为基础设计了网格自适应准则，当水流运动情势变化时网格密度自动调整，实现计算精度与效率的平衡。在此网格模型基础上，采用有限体积法求解二维浅水方程，利用梯度限制器技术及龙格-库塔法提高模型的空间、时间计算精度。算例表明，层次自适应网格模型既能实现随水流运动动态变化并捕获水位计算敏感区，也能对局部区域进行静态固定加密，自适应性良好，具有较好的推广应用价值。
- 洪水 /
- 二维浅水方程 /
- 自适应网格 /
- Godunov格式 /
- 复杂地形
Abstract: The quality of terrain generalization has an important impact on the result of numerical simulations. Aiming at the practical issue associated with the coexistence of long narrow valleys and vast floodplain, an adaptive grid method with hierarchical structures (HAGM) is introduced. The adaptive criterion is made on the basis of the gradient of free surface elevation and the local Froude number. The local grid density can be adjusted automatically in response to a changing flow regime, which makes it possible to achieve a balance between accuracy and computational efficiency in numerical simulations. The finite volume method is used to solve the two-dimensional shallow water equations based on the HAGM. Gradient limiters and the two-step Runge-Kutta scheme are employed to improve the accuracy in space resolution and time marching, respectively. Results of numerical experiments show that the HAGM has good performance in adapting to a changing flow regime, in capturing sensitive zones for water level calculation, and in achieving local grid refinement. The proposed HAGM is thus suitable for a wide range of applications.
- flood /
- two-dimensional shallow water equations /
- adaptive grid /
- Godunov scheme /
- complex topography

[1]	曾子悦, 许继军, 王永强. 基于遥感空间信息的洪水风险识别与动态模拟研究进展 . 水科学进展, 2020, 31(3): 463-472. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.016
[2]	刘易庄, 杨树清, 蒋昌波, 隆院男, 邓斌. 洞庭湖萎缩对湖内洪水影响 . 水科学进展, 2019, 30(4): 485-495. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.004
[3]	宋利祥, 杨芳, 胡晓张, 杨莉玲, 周建中. 感潮河网二维水流-输运耦合数学模型 . 水科学进展, 2014, 25(4): 550-559.
[4]	喻海军, 黄国如, 武传号. 双时间步法在二维浅水方程求解中的应用 . 水科学进展, 2014, 25(4): 542-549.
[5]	吴钢锋, 贺治国, 刘国华. 具有守恒特性的二维溃坝洪水演进数值模型 . 水科学进展, 2013, 24(5): 683-691.
[6]	毕胜, 周建中, 陈生水, 张华杰, 刘懿, 赵越. Godunov格式下高精度二维水流-输运耦合模型 . 水科学进展, 2013, 24(5): 706-714.
[7]	宋利祥, 周建中, 王光谦, 王玉春, 廖力, 谢田. 溃坝水流数值计算的非结构有限体积模型 . 水科学进展, 2011, 22(3): 373-381.
[8]	张大伟, 程晓陶, 黄金池, 何晓燕. 基于Godunov格式的溃坝水流数学模型 . 水科学进展, 2010, 21(2): 167-172.
[9]	夏军强, 王光谦, LIN Bin-liang, 谈广鸣. 复杂边界及实际地形上溃坝洪水流动过程模拟 . 水科学进展, 2010, 21(3): 289-298.
[10]	张宏伟, 康海贵. 具有复杂计算域和地形的潮汐流动数值模拟 . 水科学进展, 2009, 20(1): 118-123.
[11]	顾峰峰, 倪汉根, 戚定满, 郁微微. AUSM格式在二维浅水方程求解中的应用 . 水科学进展, 2008, 19(5): 624-629.
[12]	潘存鸿. 三角形网格下求解二维浅水方程的和谐Godunov格式 . 水科学进展, 2007, 18(2): 204-209.
[13]	关铁生, 王家祁. 20世纪暴雨和洪水极值的年代际变化 . 水科学进展, 2006, 17(1): 89-94.
[14]	陈建忠, 史忠科. 运用半离散中心迎风格式计算二维浅水方程的研究 . 水科学进展, 2005, 16(6): 853-857.
[15]	唐勇, 胡和平, 田富强, 卢麾. 鳌江流域洪水预报调度决策支持系统 . 水科学进展, 2003, 14(3): 295-299.
[16]	潘存鸿, 林炳尧, 毛献忠. 一维浅水流动方程的Godunov格式求解 . 水科学进展, 2003, 14(4): 430-436.
[17]	许炯心. 黄河下游洪水的泥沙输移特征 . 水科学进展, 2002, 13(5): 562-568.
[18]	王同生. 99洪水和对进一步治理太湖的探讨 . 水科学进展, 2001, 12(1): 87-94.
[19]	魏一鸣, 杨存键, 金菊良. 洪水灾害分析与评估的综合集成方法 . 水科学进展, 1999, 10(1): 25-30.
[20]	王家祁, 沈国昌, 耿雷华, 顾文燕, 姚惠明. 中国热带气旋暴雨洪水的分布和水文特性 . 水科学进展, 1995, 6(2): 121-126.

点击查看大图

计量

文章访问数: 10
HTML全文浏览量: 2
PDF下载量: 549
被引次数: 0

自适应网格在复杂地形浅水方程求解中的应用

1. 华中科技大学水电与数字化工程学院, 湖北武汉 430074;

2. 数字流域科学与技术湖北省重点实验室, 湖北武汉 430074

基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51239004）；水利部公益性行业科研专项经费资助项目（201001080）

作者简介:
周建中（1959-），男，湖北武汉人，博士研究生导师，主要从事流域水资源优化调度及高性能数值仿真计算方法等研究。E-mail：jz.zhou@hust.edu.cn

通讯作者: 张华杰，E-mail：zhanghuajie@hust.edu.cn

收稿日期: 2013-01-23
刊出日期: 2013-11-25

中图分类号: TV131.2

关键词:

洪水 /

摘要: 计算域内地形的概化精度对模拟结果有较大影响，针对实际地形中同时存在狭长河谷与广阔泛洪区的问题，在层次自适应网格模型的基础上，研究了网格快速加密与合并的步骤，并以水位梯度与局部弗劳德数为基础设计了网格自适应准则，当水流运动情势变化时网格密度自动调整，实现计算精度与效率的平衡。在此网格模型基础上，采用有限体积法求解二维浅水方程，利用梯度限制器技术及龙格-库塔法提高模型的空间、时间计算精度。算例表明，层次自适应网格模型既能实现随水流运动动态变化并捕获水位计算敏感区，也能对局部区域进行静态固定加密，自适应性良好，具有较好的推广应用价值。

English Abstract

An application of adaptive grid method to shallow water equations on complex topography

1. School of Hydropower and Information Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;

2. Hubei Key Laboratory of Digital Valley Science and Technology, Wuhan 430074, China

Funds: The study is financially supported by the National Natural Science Foundation of China (No.51239004) and the National Non-Profit Research Program of China (No.201001080).

Received Date: 2013-01-23
Publish Date: 2013-11-25

Keywords:

flood /
two-dimensional shallow water equations /
adaptive grid /
Godunov scheme /
complex topography

Abstract: The quality of terrain generalization has an important impact on the result of numerical simulations. Aiming at the practical issue associated with the coexistence of long narrow valleys and vast floodplain, an adaptive grid method with hierarchical structures (HAGM) is introduced. The adaptive criterion is made on the basis of the gradient of free surface elevation and the local Froude number. The local grid density can be adjusted automatically in response to a changing flow regime, which makes it possible to achieve a balance between accuracy and computational efficiency in numerical simulations. The finite volume method is used to solve the two-dimensional shallow water equations based on the HAGM. Gradient limiters and the two-step Runge-Kutta scheme are employed to improve the accuracy in space resolution and time marching, respectively. Results of numerical experiments show that the HAGM has good performance in adapting to a changing flow regime, in capturing sensitive zones for water level calculation, and in achieving local grid refinement. The proposed HAGM is thus suitable for a wide range of applications.

周建中, 张华杰, 毕胜, 严凡, 赵越. 自适应网格在复杂地形浅水方程求解中的应用[J]. 水科学进展, 2013, 24(6): 861-868.

引用本文:

周建中, 张华杰, 毕胜, 严凡, 赵越. 自适应网格在复杂地形浅水方程求解中的应用[J]. 水科学进展, 2013, 24(6): 861-868.

ZHOU Jianzhong, ZHANG Huajie, BI Sheng, YAN Fan, ZHAO Yue. An application of adaptive grid method to shallow water equations on complex topography[J]. Advances in Water Science, 2013, 24(6): 861-868.

Citation:

全文HTML

下载: 全尺寸图片幻灯片

返回文章

用微信扫码二维码

分享至好友和朋友圈

留言板

自适应网格在复杂地形浅水方程求解中的应用

作者简介: 周建中（1959-），男，湖北武汉人，博士研究生导师，主要从事流域水资源优化调度及高性能数值仿真计算方法等研究。E-mail：jz.zhou@hust.edu.cn

通讯作者: 张华杰，E-mail：zhanghuajie@hust.edu.cn

An application of adaptive grid method to shallow water equations on complex topography

计量

出版历程

自适应网格在复杂地形浅水方程求解中的应用

1. 华中科技大学水电与数字化工程学院, 湖北武汉 430074; 2. 数字流域科学与技术湖北省重点实验室, 湖北武汉 430074

作者简介: 周建中（1959-），男，湖北武汉人，博士研究生导师，主要从事流域水资源优化调度及高性能数值仿真计算方法等研究。E-mail：jz.zhou@hust.edu.cn

通讯作者: 张华杰，E-mail：zhanghuajie@hust.edu.cn

English Abstract

An application of adaptive grid method to shallow water equations on complex topography

1. School of Hydropower and Information Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China; 2. Hubei Key Laboratory of Digital Valley Science and Technology, Wuhan 430074, China

全文HTML

目录

作者简介:
周建中（1959-），男，湖北武汉人，博士研究生导师，主要从事流域水资源优化调度及高性能数值仿真计算方法等研究。E-mail：jz.zhou@hust.edu.cn

通讯作者:
张华杰，E-mail：zhanghuajie@hust.edu.cn

1. 华中科技大学水电与数字化工程学院, 湖北武汉 430074;

2. 数字流域科学与技术湖北省重点实验室, 湖北武汉 430074

作者简介:
周建中（1959-），男，湖北武汉人，博士研究生导师，主要从事流域水资源优化调度及高性能数值仿真计算方法等研究。E-mail：jz.zhou@hust.edu.cn

1. School of Hydropower and Information Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;

2. Hubei Key Laboratory of Digital Valley Science and Technology, Wuhan 430074, China