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第1章 绪论1

1.1 堤坝溃决洪水灾害1

1.1.1 溃堤洪水灾害1

1.1.2 溃坝洪水灾害2

1.2 堤坝溃决水流的理论解研究3

1.3 堤坝溃决水流的特点及数值模拟方法4

1.3.1 堤坝溃决水流的特点4

1.3.2 数值模拟的主要途径及方法6

1.4 堤坝溃决水流数值模拟研究进展10

1.4.1 溃口出流模型10

1.4.2 溃决水流数值模拟11

1.4.3 城区溃决水流数值模拟13

1.4.4 一维、二维模型的耦合计算14

第2章 溃口出流过程计算15

2.1 引言15

2.2 模型建立15

2.2.1 泥沙连续方程15

2.2.2 溃口流量计算公式15

2.2.3 溃口泥沙冲刷率公式16

2.3 溃口模型验证算例17

2.3.1 物理溃坝模型试验17

2.3.2 完全漫顶溃决出流过程计算21

2.3.3 垭口漫顶溃决出流过程计算23

2.4 本章小结26

第3章 基于HLL格式的一维水流数值模拟27

3.1 引言27

3.2 模型建立27

3.2.1 控制方程27

3.2.2 数值离散方法28

3.2.3 二阶数值重构30

3.2.4 源项的处理32

3.2.5 边界条件和干湿处理32

3.2.6 模型稳定条件33

3.3 一维模型验证算例33

3.3.1 静水算例33

3.3.2 Ritter溃坝问题34

3.3.3 明渠潮波算例36

3.3.4 非规则河床上的潮波算例37

3.3.5 明渠混合流算例39

3.3.6 喉口混合流算例42

3.3.7 水波相互作用算例44

3.3.8 水波传播算例47

3.3.9 三角形挡水建筑物溃坝算例48

3.3.10 Malpasset一维溃坝算例51

3.3.11 鹅公颈水库溃坝算例53

3.4 本章小结57

第4章 基于HLL格式的河网数值模拟58

4.1 引言58

4.2 河网模型构建58

4.3 河网模型验证算例60

4.3.1 简易河网算例60

4.3.2 树状河网算例60

4.3.3 环状河网算例62

4.3.4 复杂河网算例64

4.4 本章小结66

第5章 基于Roe格式的二维水流数值模拟67

5.1 引言67

5.2 控制方程67

5.3 方程的非结构化网格离散69

5.3.1 计算网格的选取69

5.3.2 控制体的选取72

5.3.3 有限体积离散72

5.3.4 法向数值通量计算73

5.4 源项的处理75

5.4.1 复杂地形下的静水问题75

5.4.2 底坡源项的离散76

5.4.3 摩阻源项的处理77

5.5 边界条件78

5.5.1 急流开边界条件78

5.5.2 缓流开边界条件78

5.5.3 固壁边界条件80

5.6 干湿边界处理技术80

5.7 稳定条件及时间动步长技术82

5.8 二维模型验证算例82

5.8.1 非对称方形溃坝算例82

5.8.2 超临界流倾斜水跃算例84

5.8.3 二维对称矩形溃坝算例86

5.8.4 非平底溃坝水流算例86

5.8.5 混合流算例89

5.8.6 三角堰溃坝水流算例92

5.8.7 Toce河物理模型溃坝试验92

5.8.8 Malpasset大坝天然溃坝算例96

5.9 本章小结101

第6章 一维、二维溃坝洪水耦合模型102

6.1 引言102

6.2 耦合数学模型的建立103

6.3 耦合模型验证算例104

6.3.1 弯道溃坝模型试验104

6.3.2 断面突然扩大的溃坝模型试验108

6.4 本章小结112

第7章 溃堤洪水的数值模拟113

7.1 引言113

7.2 河道一维水动力模型113

7.2.1 控制方程及其离散113

7.2.2 Saint-Venant方程组的Newton-Raphson迭代形式114

7.2.3 特殊节点的处理115

7.2.4 系统方程的装配和求解116

7.3 溃堤模型的耦合及求解117

7.3.1 模型耦合条件117

7.3.2 模型求解过程118

7.4 溃堤模型的验证118

7.4.1 验证算例的计算条件118

7.4.2 计算结果分析119

7.4.3 验证算例的改进121

7.5 溃堤模型的应用122

7.5.1 松北分洪区分洪效果122

7.5.2 胖头泡蓄滞洪区分洪效果128

7.6 本章小结132

第8章 建筑物密集城区溃堤水流数值模拟134

8.1 引言134

8.2 城区建筑物的处理方法134

8.3 Toce河城区洪水验证算例134

8.4 哈尔滨市城区溃堤水流模拟139

8.4.1 哈尔滨市水文概况139

8.4.2 侵入水量的概念142

8.4.3 哈尔滨市城区溃堤水流计算基础信息143

8.4.4 计算结果分析145

8.5 本章小结150

参考文献151