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数值模拟在钱塘江涌潮分析中的应用──Ⅰ.数值计算方法 被引量:18
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作者 苏铭德 徐昕 +1 位作者 朱锦林 韩耀宗 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1999年第5期521-533,共13页
利用数值模拟的方法对钱塘江涌潮从杭州湾口开始形成、发展直至消失的全过程进行了深入全面的描写.从杭州湾口到钱塘江出口,采用二维圣维南浅水波方程描述水波的运动,而在钱塘江河内采用一维圣维南浅水波方程描写涌潮的发展过程.详... 利用数值模拟的方法对钱塘江涌潮从杭州湾口开始形成、发展直至消失的全过程进行了深入全面的描写.从杭州湾口到钱塘江出口,采用二维圣维南浅水波方程描述水波的运动,而在钱塘江河内采用一维圣维南浅水波方程描写涌潮的发展过程.详细描述用于一维和二维圣维南方程计算钱塘江涌潮的数值计算方法,首次把无结构网格上的NND格式应用于求解二维圣维南方程,并给出了详细的推导过程.对上下游水边界分别采用无反射边界条件和特征线方法,而对于动边界问题本文也给出了相应的处理方法. 展开更多
关键词 圣维南方程 NND格式 涌潮 钱塘江潮
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向家坝水利枢纽下泄非恒定流的数值模拟 被引量:20
2
作者 王志力 陆永军 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2008年第3期12-15,共4页
采用四点隐格式和改进的求解方法建立了向家坝枢纽下游145km河段的非恒定流数学模型,通过2005年实测的枯、中、洪水过程对模型进行验证。应用该模型模拟了向家坝日调节下泄非恒定流的传播过程,分析了枢纽下游非恒定流的传播规律。模... 采用四点隐格式和改进的求解方法建立了向家坝枢纽下游145km河段的非恒定流数学模型,通过2005年实测的枯、中、洪水过程对模型进行验证。应用该模型模拟了向家坝日调节下泄非恒定流的传播过程,分析了枢纽下游非恒定流的传播规律。模拟结果表明枢纽下游河段产生附加比降,水位~流量关系呈绳套状,且非恒定波发生横向变形。 展开更多
关键词 向家坝水利枢纽 非恒定流 数值模拟 圣维南方程
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圣维南方程组4点线性隐格式的稳定性分析 被引量:14
3
作者 胡庆云 王船海 《河海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2011年第4期397-401,共5页
圣维南方程组是工程实践中应用广泛的一类流体动力学方程组,4点线性隐格式亦是目前较为成熟的计算圣维南方程组的差分格式.依据非线性稳定性的定义,提出用增长因子M(τ)判别非线性差分格式的稳定性,针对圣维南方程组的4点线性隐式差分格... 圣维南方程组是工程实践中应用广泛的一类流体动力学方程组,4点线性隐格式亦是目前较为成熟的计算圣维南方程组的差分格式.依据非线性稳定性的定义,提出用增长因子M(τ)判别非线性差分格式的稳定性,针对圣维南方程组的4点线性隐式差分格式,给出了计算增长因子M(τ)切实可行的方法,并结合算例得到了增长因子M(τ)的一些近似数据.稳定性研究结果将有助于更好地选择时步长τ和网格步长Δx,对改善计算格式的稳定性具有指导意义. 展开更多
关键词 圣维南方程组 4点线性隐式格式 非线性稳定性 增长因子M(τ)
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基于连续性扩散流的湿地表面水流动力学模型 被引量:12
4
作者 宋新山 邓伟 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第10期1166-1171,共6页
受表面密生植被的影响,湿地表面流总是处于高阻力、低流速状态。湿地表面流的水流动力学方程中,其水流加速度项相对于地表高密度植被造成的高阻力项相比,可以忽略。由此,以水流连续性方程和忽略加速度项的水流动力学方程为基础,构建基... 受表面密生植被的影响,湿地表面流总是处于高阻力、低流速状态。湿地表面流的水流动力学方程中,其水流加速度项相对于地表高密度植被造成的高阻力项相比,可以忽略。由此,以水流连续性方程和忽略加速度项的水流动力学方程为基础,构建基于连续性扩散流的湿地表面流动力学模型。该模型是一个抛物型偏微分方程,相对于描述一般径流流态的圣维南双曲型偏微分方程组而言,其求解过程相对容易。模型中的表面流流量采用修正的曼宁方程描述,表面糙率采用已有经验公式,数值计算方法采用六点差分格式。模拟结果表明,该模型能够体现湿地表面流的高阻力、低流速特征。水深越浅,水流模式变化越慢,水深越大,表面流受植被阻力越小,水流模式变化越快。 展开更多
关键词 湿地表面流 连续性扩散流 水动力学 圣维南方程
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外洪溃堤一、二维耦合模型与内涝模型叠加在防洪保护区内的应用探讨 被引量:12
5
作者 张靖雨 徐佳 +1 位作者 袁先江 曹秀清 《水利水电技术》 CSCD 北大核心 2017年第5期87-94,共8页
针对防洪保护区河道洪水的漫滩、溃堤及其与内涝叠加耦合预测的难题,以模拟溃堤洪水遭遇区域内涝情况下洪水演进过程为目标,采用基于非结构网格的Roe格式离散控制方程,利用Mike-flood提供的标准连接、侧向连接实现一维与二维模型间的耦... 针对防洪保护区河道洪水的漫滩、溃堤及其与内涝叠加耦合预测的难题,以模拟溃堤洪水遭遇区域内涝情况下洪水演进过程为目标,采用基于非结构网格的Roe格式离散控制方程,利用Mike-flood提供的标准连接、侧向连接实现一维与二维模型间的耦联,将溃口口门概化为宽顶堰并添加控制策略实现堤防溃决模拟。采用二维水动力模型耦合降雨径流关系计算净雨过程,建立与区域内涝模型叠加联用的一、二维水动力耦合模型。以中运河南片防洪保护区内洪水演进为例进行分析,结果表明:中运河右堤胡家险工溃决后,洪水向下游演进至房亭河与中运河交汇处的运西洼地内,最大淹没水深位于房亭河与中运河交汇处。模型能够较合理的反映区域内涝分布、地形及主要道路和涵洞对洪水演进的影响,可为区域内防洪抢险工作提供可靠依据。 展开更多
关键词 溃堤洪水 区域内涝 中运河 防洪保护区 圣维南方程 暴雨内涝模型
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一维圣维南方程组的特征线法 被引量:7
6
作者 付典龙 傅春 《南昌大学学报(工科版)》 CAS 2006年第4期386-389,共4页
天然情况下,河道水流有可能出现非恒定流,对于非恒定流问题可用圣维南方程组建立一维数学模型求解.介绍了求解一维非恒定水流数学模型的特征线方法,并且对其中关键性参数进行详细讨论和确定.通过对赣江支流锦江1982年和1985年洪水资料... 天然情况下,河道水流有可能出现非恒定流,对于非恒定流问题可用圣维南方程组建立一维数学模型求解.介绍了求解一维非恒定水流数学模型的特征线方法,并且对其中关键性参数进行详细讨论和确定.通过对赣江支流锦江1982年和1985年洪水资料进行模拟计算,结果表明:计算水位过程和实测水位过程吻合较好,计算精度高. 展开更多
关键词 非恒定流 圣维南方程组 特征线法
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水动力模型在平原感潮河网地区的研究与应用 被引量:10
7
作者 严文武 邹长国 《浙江水利科技》 2007年第4期8-10,共3页
根据平原感潮河网的水力特性,研究复杂河网非恒定流计算问题,利用圣维南方程组、节点连续方程及边界条件建立了水动力数学混合模型。将模型应用于宁波市鄞东南水系的河网计算,并利用2005年"麦莎"台风实测水文资料对模型做了... 根据平原感潮河网的水力特性,研究复杂河网非恒定流计算问题,利用圣维南方程组、节点连续方程及边界条件建立了水动力数学混合模型。将模型应用于宁波市鄞东南水系的河网计算,并利用2005年"麦莎"台风实测水文资料对模型做了检验。验证结果表明,建立的水动力数学模型是可行的,可以用于平原感潮河网地区的水力计算。 展开更多
关键词 感潮河网 非恒定流 圣维南方程组 混合模型
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一维溃坝洪水波的数值模拟-时空守恒法 被引量:8
8
作者 张永祥 陈景秋 韦春霞 《重庆大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期136-138,147,共4页
应用改进的时空守恒法对一维溃坝洪水波进行了数值模拟,从计算结果与分析解比较可知,该法能够很好地模拟溃坝洪水波,甚至对于下游为干河的情况,依然能得到满意的结果。而且,此方法精度高,有较强的溃坝涌波捕捉能力,可展示溃坝波的运动特... 应用改进的时空守恒法对一维溃坝洪水波进行了数值模拟,从计算结果与分析解比较可知,该法能够很好地模拟溃坝洪水波,甚至对于下游为干河的情况,依然能得到满意的结果。而且,此方法精度高,有较强的溃坝涌波捕捉能力,可展示溃坝波的运动特性,为溃坝引起的灾害预测和分析及防灾减灾提供一种有效的数值模拟。 展开更多
关键词 溃坝 圣维南方程 时空守恒律 涌波
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调水工程明渠水力控制线性化数学模型 被引量:6
9
作者 王涛 杨开林 《南水北调与水利科技》 CAS CSCD 2005年第3期52-55,共4页
分析了调水工程水力控制的现状和发展趋势,结合现代控制理论,把圣维南方程线性化,并给出了明渠水力控制的状态空间模型。通过实例,把线性化数学模型计算结果,同传统非线性算法结果进行比较。研究表明在小波动瞬变流条件下,新的线性化数... 分析了调水工程水力控制的现状和发展趋势,结合现代控制理论,把圣维南方程线性化,并给出了明渠水力控制的状态空间模型。通过实例,把线性化数学模型计算结果,同传统非线性算法结果进行比较。研究表明在小波动瞬变流条件下,新的线性化数学模型可以比较准确地描述明渠系统的动态特性。 展开更多
关键词 明渠水力控制 圣维南方程 线性化数学模型 状态空间法
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基于一维水动力模型分析涉水建筑对河道行洪能力的影响 被引量:7
10
作者 郭立兵 王亚东 田福昌 《南水北调与水利科技》 CSCD 北大核心 2017年第6期165-171,共7页
针对涉水建筑物的调度运行影响河道行洪能力的现象,构建基于Saint-Venant方程组的一维水动力模型,并由Abbott六点隐式有限差分法近似求解方程组。利用实测断面数据对模型进行了等间距插值加密,根据建筑物实际属性结合模型计算要求,对阻... 针对涉水建筑物的调度运行影响河道行洪能力的现象,构建基于Saint-Venant方程组的一维水动力模型,并由Abbott六点隐式有限差分法近似求解方程组。利用实测断面数据对模型进行了等间距插值加密,根据建筑物实际属性结合模型计算要求,对阻水建筑物进行了概化处理。在河道工况复杂的清水河固原城区段的应用结果显示,该模型较为准确地模拟了橡胶坝及过水路面对河道洪水演进的影响,体现了挡水建筑物的过流阻水效果。模拟结果不仅可用于校核河道防洪设计标准,而且对相关部门采取防洪决策也具有一定参考价值。 展开更多
关键词 行洪能力 saint-venant方程组 一维水动力模型 有限差分法 概化处理
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求解守恒形式的圣维南方程中处理不规则断面的一种改进方法 被引量:8
11
作者 郑川东 白凤朋 杨中华 《水电能源科学》 北大核心 2017年第12期95-99,103,共6页
为改进利用圣维南方程处理不规则断面的方法,采用Godunov格式的有限体积法求解双曲守恒型圣维南方程。模型以水位和流量作为控制变量,利用能有效捕捉激波的HLLC近似黎曼算子计算界面通量;对于不规则的天然河道断面,采用复化Simpson公式... 为改进利用圣维南方程处理不规则断面的方法,采用Godunov格式的有限体积法求解双曲守恒型圣维南方程。模型以水位和流量作为控制变量,利用能有效捕捉激波的HLLC近似黎曼算子计算界面通量;对于不规则的天然河道断面,采用复化Simpson公式计算相应的静水压力项;推导了离散摩阻源项的半隐格式,提高了模型的稳定性;利用TVD-MUSCL方法重构界面变量,采用改进的Euler法实现了模型空间和时间上的二阶精度。算例验证表明该模型具有良好的稳健性和实用性,能够准确模拟具有任意断面形状的天然河道中急缓交替的浅水流动。 展开更多
关键词 圣维南方程 山区河流 断面形状 静水压力项 数值积分算法 半隐格式
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钱塘江引水入城工程水质分析及预测研究 被引量:8
12
作者 王振宇 李富强 陈昌军 《水力发电学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第4期47-51,共5页
复杂河网的水质分析与预测一直是广为关注的研究课题。本文采用一维非恒定流圣维南方程组、汊点连接方程组和边界条件,建立了运西河网水动力学模型和水质模型,采用四点加权Preissmann隐式差分格式离散并求解。对多种备选引水方案下的河... 复杂河网的水质分析与预测一直是广为关注的研究课题。本文采用一维非恒定流圣维南方程组、汊点连接方程组和边界条件,建立了运西河网水动力学模型和水质模型,采用四点加权Preissmann隐式差分格式离散并求解。对多种备选引水方案下的河网水质CODMn和水质分类进行预测,提出了相应的最优引水规模;分析了钱塘江沿岸引水对下游水厂含氯量的可能不利影响和相应对策;为运西河网的综合整治方案比选提供了技术支持。 展开更多
关键词 环境水力学 河网 圣维南方程组 水质模型 环境容量
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一维圣维南方程差分数值算法中稀疏矩阵求解方法比较及优选研究 被引量:7
13
作者 王浩骅 管光华 肖昌诚 《灌溉排水学报》 CSCD 北大核心 2021年第3期116-124,共9页
【目的】寻找高效、稳定的大型稀疏线性方程组求解算法以提高圣维南方程组求解速度。【方法】归纳了4种基于四点偏心格式的圣维南方程组求解算法并加以改进,并通过仿真试验,对比了不同算法的计算效率。【结果】计算断面数较少时(小于50... 【目的】寻找高效、稳定的大型稀疏线性方程组求解算法以提高圣维南方程组求解速度。【方法】归纳了4种基于四点偏心格式的圣维南方程组求解算法并加以改进,并通过仿真试验,对比了不同算法的计算效率。【结果】计算断面数较少时(小于500),所有方法的运算时间基本一致;当计算断面数较大时(大于500),4种算法的速度较传统算法有了一定的提高,在计算断面数为1520时,4种算法的计算速度是传统算法的4倍,在计算断面数为3040时,计算速度更是达到了10倍以上。【结论】改进后的高斯消元法和PM算法在计算断面数较大时计算速度较快,计算效率较高。该方法可应用于MPC控制、LQR控制等渠系自动化控制技术中,以提高仿真程序运算速度。 展开更多
关键词 明渠一维非恒定流 圣维南方程组 大型稀疏矩阵 单个断面运算时间
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感潮河段圣维南方程应用问题分析与改进研究 被引量:7
14
作者 包为民 张小琴 +3 位作者 瞿思敏 李倩 陆赛凤 张波 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2010年第3期359-366,共8页
分析了圣维南方程在感潮河段水流模拟应用情况,指出了圣维南方程在感潮河段直接应用不仅存在理论结构缺陷,而且还存在理论与计算结果的矛盾,并采用实际感潮河段的计算结果揭示了问题的原因。考虑潮水波动能对水流的驱动作用,创建了以潮... 分析了圣维南方程在感潮河段水流模拟应用情况,指出了圣维南方程在感潮河段直接应用不仅存在理论结构缺陷,而且还存在理论与计算结果的矛盾,并采用实际感潮河段的计算结果揭示了问题的原因。考虑潮水波动能对水流的驱动作用,创建了以潮水波内动能转化的驱动力微分模型,改进了圣维南方程模型结构,采用长江河口段水流资料进行了模拟检验,初步验证表明,改进的模型较好地解决了圣维南方程在感潮河段水流模拟应用存在的问题,且模拟精度也有较大提高。 展开更多
关键词 感潮河段 圣维南方程 应用问题 模型改进
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星形明渠网络系统的PDP反馈控制和指数镇定 被引量:1
15
作者 庞玉婷 赵东霞 《数学物理学报(A辑)》 CSCD 北大核心 2023年第6期1803-1813,共11页
该文研究基于Saint-Venant方程组的具有底部坡度和底部摩擦的星形明渠网络,该系统包含n个子系统:n-1个入口通道和1个出口通道.设在线输出量测和输入控制均位于边界上,结合闸门前后流量关系等约束,建立了具有瞬时位置和时滞位置线性组合... 该文研究基于Saint-Venant方程组的具有底部坡度和底部摩擦的星形明渠网络,该系统包含n个子系统:n-1个入口通道和1个出口通道.设在线输出量测和输入控制均位于边界上,结合闸门前后流量关系等约束,建立了具有瞬时位置和时滞位置线性组合的反馈控制律.考虑到时滞项可由一阶双曲偏微分方程刻画,并结合黎曼坐标变换和线性化手段将闭环系统改写为PDE-PDE无穷维耦合系统的形式.通过构造加权Lyapunov函数讨论了系统在L2范数下的指数稳定性,给出了控制参数和时滞值的充分条件,进而证明了在线输出量测被调控到指定的参考信号.最后,利用Matlab数学软件进行数值仿真,佐证参数条件的合理性和结论的有效性. 展开更多
关键词 saint-venant方程组 PDP反馈控制器 LYAPUNOV方法 指数稳定性
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河道水力学模型及最小生态需水量的估算 被引量:6
16
作者 田月 田淳 郝瑞霞 《太原理工大学学报》 CAS 北大核心 2016年第4期536-540,共5页
为了维系和保护玉符河最基本的生态功能不受破坏,结合玉符河河道的几何特征,应用一维非恒定流数学模型,即考虑河床渗漏的圣维南方程组,通过程序模拟得到玉符河研究河段内46个典型过流断面的水位和流量过程。结合生态流速-水深法的技术指... 为了维系和保护玉符河最基本的生态功能不受破坏,结合玉符河河道的几何特征,应用一维非恒定流数学模型,即考虑河床渗漏的圣维南方程组,通过程序模拟得到玉符河研究河段内46个典型过流断面的水位和流量过程。结合生态流速-水深法的技术指标,计算和分析整个河段不断流所需的最小生态需水量。结果表明,当上游来流量为2.9m3/s时,基本可以达到保护玉符河河道生态功能的目标。该结果可为玉符河河道的生态修复工作及水资源的合理调度提供参考。 展开更多
关键词 圣维南方程 数值计算 生态流速-水深法 生态需水量 玉符河
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基于显式有限体积法的一维河网模型 被引量:6
17
作者 向小华 吴晓玲 +1 位作者 牛帅 杜世鹏 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2015年第4期6-9,43,共5页
采用显式通量差分裂格式离散圣维南方程组,通过特征线方式处理边界;在局部离散中引入跨临界流熵修正和TVD限制器,以提高模型精度并保证模拟稳定性,最终构建了基于显式有限体积法的一维河网水流模型。经典算例验证表明,所建立的模型能够... 采用显式通量差分裂格式离散圣维南方程组,通过特征线方式处理边界;在局部离散中引入跨临界流熵修正和TVD限制器,以提高模型精度并保证模拟稳定性,最终构建了基于显式有限体积法的一维河网水流模型。经典算例验证表明,所建立的模型能够处理具有激波的跨临界等复杂流态;模型应用于长江南京八卦洲河段,水位和流量的验证表明该模型能够应用于实际的河网,并具有较高的精度,为显式离散方法应用于河网模型提供了一种思路。 展开更多
关键词 一维河网模型 有限体积法 显式离散 通量差分裂 圣维南方程组
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求解圣维南方程组的DORA算法 被引量:6
18
作者 陈大宏 蓝霄峰 杨小亭 《武汉大学学报(工学版)》 CAS CSCD 北大核心 2005年第5期41-44,共4页
DORA(double order approximation)方法是近年提出的求解动力学方程的一种算法,对于圣维南方程采用DORA算法时,方程被分解成两步来解,每一步均求解一个简单的微分方程组.第一步求解一个运动问题,采用显式求解.第二步求解一个扩散问题,... DORA(double order approximation)方法是近年提出的求解动力学方程的一种算法,对于圣维南方程采用DORA算法时,方程被分解成两步来解,每一步均求解一个简单的微分方程组.第一步求解一个运动问题,采用显式求解.第二步求解一个扩散问题,采用隐式差分格式.DORA方法和传统典型算法相比最大的优点是可以计算初始水深是0的情况.以物理守恒定理为基础,比差分格式物理意义更明显;和特征线法相比,不受库朗稳定性条件约束,无条件稳定. 展开更多
关键词 DORA 圣维南方程 无条件稳定 干河
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集合参数率定功能的一维水动力模型研究
19
作者 马峰 牛小静 +1 位作者 张成 徐梦珍 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2024年第2期227-233,共7页
针对调水工程水动力模拟高精度和高稳定性的需求,该文采用TVD MUSCL-Hancock有限体积格式离散Saint-Venant方程组,建立了时空上具有二阶精度的一维水动力模型,并将模型中的参数率定问题转化为最优化问题,建立了基于粒子群优化方法的参... 针对调水工程水动力模拟高精度和高稳定性的需求,该文采用TVD MUSCL-Hancock有限体积格式离散Saint-Venant方程组,建立了时空上具有二阶精度的一维水动力模型,并将模型中的参数率定问题转化为最优化问题,建立了基于粒子群优化方法的参数率定方法。同时采用经典算例验证了水动力模型的计算精度,并通过模型试验检验了参数率定模型的可靠性。结果表明:水动力模型精准、稳定,粒子群优化算法率定参数的全局寻优能力强,可满足非恒定流下参数率定的需求。 展开更多
关键词 一维水动力模型 圣维南方程 有限体积方法 参数率定 粒子群优化
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Hydraulic model with roughness coefficient updating method based on Kalman filter for channel flood forecast 被引量:4
20
作者 Hong-jun BAO Lin-na ZHAO 《Water Science and Engineering》 EI CAS 2011年第1期13-23,共11页
A real-time channel flood forecast model was developed to simulate channel flow in plain rivers based on the dynamic wave theory. Taking into consideration channel shape differences along the channel, a roughness upda... A real-time channel flood forecast model was developed to simulate channel flow in plain rivers based on the dynamic wave theory. Taking into consideration channel shape differences along the channel, a roughness updating technique was developed using the Kalman filter method to update Manning's roughness coefficient at each time step of the calculation processes. Channel shapes were simplified as rectangles, triangles, and parabolas, and the relationships between hydraulic radius and water depth were developed for plain rivers. Based on the relationship between the Froude number and the inertia terms of the momentum equation in the Saint-Venant equations, the relationship between Manning's roughness coefficient and water depth was obtained. Using the channel of the Huaihe River from Wangjiaba to Lutaizi stations as a case, to test the performance and rationality of the present flood routing model, the original hydraulic model was compared with the developed model. Results show that the stage hydrographs calculated by the developed flood routing model with the updated Manning's roughness coefficient have a good agreement with the observed stage hydrographs. This model performs better than the original hydraulic model. 展开更多
关键词 flood routing Manning's roughness coefficient updating method Kalman filter Froude number saint-venant equations hydraulic model
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