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变分同化中使用背景场时尺度匹配的数值研究 被引量:7
1
作者 邱崇践 《大气科学》 CSCD 北大核心 2001年第1期103-110,共8页
变分资料同化方法运用于中尺度系统的分析时,粗网格模式的输出经常被用作背景场,此时分析场和背景场之间存在尺度不一致的问题。为了让二者的尺度相匹配,文中提出可以在目标函数中增加一个过滤算子适当滤除分析场中的短波成分。应用... 变分资料同化方法运用于中尺度系统的分析时,粗网格模式的输出经常被用作背景场,此时分析场和背景场之间存在尺度不一致的问题。为了让二者的尺度相匹配,文中提出可以在目标函数中增加一个过滤算子适当滤除分析场中的短波成分。应用浅水方程模式和模拟资料所作的数值试验表明,该方法可以明显地改善分析的效果。 展开更多
关键词 变分资料同化 浅水方程模式 过滤算子
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飞机旋转表面结冰数值模拟 被引量:4
2
作者 郭琦 申晓斌 +1 位作者 林贵平 张世娟 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期2259-2269,共11页
在Shallow-Water结冰热力学模型的基础上,搭建了一套适用于三维旋转表面的非稳态结冰模型,采用Jacobi迭代法和Gauss-Seidel迭代法对表面结冰进行非稳态迭代求解。用所提模型对简化后的旋转桨叶模型进行计算,并与FENSAP软件结果进行对比... 在Shallow-Water结冰热力学模型的基础上,搭建了一套适用于三维旋转表面的非稳态结冰模型,采用Jacobi迭代法和Gauss-Seidel迭代法对表面结冰进行非稳态迭代求解。用所提模型对简化后的旋转桨叶模型进行计算,并与FENSAP软件结果进行对比,验证了所提模型的准确性,分析了转速、水滴直径和液态水含量等因素对旋转表面结冰冰形和水膜流动的影响。结果表明:随着转速的增加,结冰范围和水膜覆盖范围偏移愈加明显;结冰范围和水膜覆盖范围随水滴直径增长逐渐增加,水膜厚度也逐渐增大;结冰厚度和水膜厚度随液态水含量增长而相应增加,水膜覆盖范围也明显变大。 展开更多
关键词 飞机结冰 旋转 水膜流动 非稳态 shallow-water模型
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翼身融合布局与传统布局飞机结冰特性对比分析 被引量:1
3
作者 王灏东 桑为民 +1 位作者 邱奥祥 李栋 《航空科学技术》 2023年第11期87-95,共9页
翼身融合(BWB)布局是提升未来民机综合性能的重要布局方式,其结冰飞行安全问题逐渐受到人们重视。针对翼身融合布局飞机与常规布局飞机的结冰问题,本文通过数值模拟的方法来开展结冰特性研究。本文提出基于Navier-Stokes方程对空气流场... 翼身融合(BWB)布局是提升未来民机综合性能的重要布局方式,其结冰飞行安全问题逐渐受到人们重视。针对翼身融合布局飞机与常规布局飞机的结冰问题,本文通过数值模拟的方法来开展结冰特性研究。本文提出基于Navier-Stokes方程对空气流场进行求解,并应用欧拉法计算水滴撞击特性,之后采用Shallow-Water结冰热力学模型的结冰计算方法。首先,通过将翼身融合布局飞机和传统布局飞机的计算结果与风洞试验数据进行对比,验证空气流场计算的正确性,并将两者进行对比分析;其次,数值预测飞机表面冰形的特征,将两种布局飞机结冰特性进行对比,结果表明,结冰对两种布局飞机气动外形的破坏程度从后掠翼翼根至翼尖逐渐变大,但传统布局飞机结冰只发生在机翼前缘和机头处,而翼身融合布局飞机前部几乎都发生了结冰,可为相关的结冰特性研究及防除冰设计提供技术参考。 展开更多
关键词 翼身融合 结冰特性 数值模拟 气动特性 shallow-water结冰热力学模型
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单坡坡面流解析解及其数值验证 被引量:5
4
作者 罗志 何莉飞 明唯 《人民珠江》 2016年第4期7-12,共6页
坡面流是流域产汇流中的基本问题。选取了坡面流中经典的单坡坡面流问题,利用特征线法对运动波方程求解得到其解析解,并利用一维圣维南方程组对该解析解适用范围进行初步讨论,最后利用改进的浅水模型对该解析解进行了数值验证。对于更... 坡面流是流域产汇流中的基本问题。选取了坡面流中经典的单坡坡面流问题,利用特征线法对运动波方程求解得到其解析解,并利用一维圣维南方程组对该解析解适用范围进行初步讨论,最后利用改进的浅水模型对该解析解进行了数值验证。对于更好地了解单坡坡面流整个物理过程有一定参考意义,并提供了一套可用于新开发浅水模型验证的解析解算例。 展开更多
关键词 单坡坡面流 浅水模型 特征线法 有限差分法
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Application of the Characteristic CIP Method to a Shallow Water Model on the Sphere
5
作者 彭新东 常燕 +1 位作者 李兴良 肖锋 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2010年第4期728-740,共13页
Semi-implicit algorithms are popularly used to deal with the gravitational term in numerical models. In this paper, we adopt the method of characteristics to compute the solutions for gravity waves on a sphere directl... Semi-implicit algorithms are popularly used to deal with the gravitational term in numerical models. In this paper, we adopt the method of characteristics to compute the solutions for gravity waves on a sphere directly using a semi-Lagrangian advection scheme instead of the semi-implicit method in a shallow water model, to avoid expensive matrix inversions. Adoption of the semi-Lagrangian scheme renders the numerical model always stable for any Courant number, and which saves CPU time. To illustrate the effciency of the characteristic constrained interpolation profile (CIP) method, some numerical results are shown for idealized test cases on a sphere in the Yin-Yang grid system. 展开更多
关键词 characteristic CIP method shallow-water model Yin-Yang grid semi-Lagrangian scheme gravity wave
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初始误差对双环流变异可预报性的影响 被引量:1
6
作者 张坤 穆穆 王强 《海洋科学》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期120-128,共9页
使用球坐标下1.5层约化重力浅水模式模拟海洋风生双环流,结果显示双环流射流存在拉伸模态和收缩模态间的年际变化。以双环流从拉伸模态向收缩模态的转变过程为背景场,利用条件非线性最优扰动(CNOP)方法,考察初始误差对双环流变异可预报... 使用球坐标下1.5层约化重力浅水模式模拟海洋风生双环流,结果显示双环流射流存在拉伸模态和收缩模态间的年际变化。以双环流从拉伸模态向收缩模态的转变过程为背景场,利用条件非线性最优扰动(CNOP)方法,考察初始误差对双环流变异可预报性的影响,得到两类初始误差:全局CNOP型和局部CNOP(LCNOP)型,两类初始误差对双环流变异的影响几乎相反。通过考察误差发展,发现在射流从拉伸模态向收缩模态转变过程中,CNOP型初始误差使射流弯曲程度变大,并在预报时刻导致涡脱落;而LCNOP型初始误差则使射流弯曲程度变小。相比LCNOP,CNOP型初始误差引起更大预报误差,导致双环流变异的预报技巧下降更多。两类误差得到较大发展的区域可能存在正压不稳定,使误差能够不断从背景场吸收能量进而得到快速发展。给出了两类使双环流变异预报技巧下降最大的初始误差,在实际的数值预报中减少这两种类型的误差,将有助于提高双环流变异的预报技巧。 展开更多
关键词 双环流变异 条件非线性最优扰动(CNOP) 可预报性
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Equatorial Wave Expansion of Instantaneous Flows for Diagnosis of Equatorial Waves from Data:Formulation and Illustration
7
作者 Cory BARTON Ming CAI 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2017年第10期1219-1234,共16页
This paper presents a method for expanding horizontal flow variables in data using the free solutions to the shallow-water system as a basis set. This method for equatorial wave expansion of instantaneous flows(EWEIF... This paper presents a method for expanding horizontal flow variables in data using the free solutions to the shallow-water system as a basis set. This method for equatorial wave expansion of instantaneous flows(EWEIF) uses dynamic constraints in conjunction with projections of data onto parabolic cylinder functions to determine the amplitude of all equatorial waves.EWEIF allows us to decompose an instantaneous wave flow into individual equatorial waves with a presumed equivalent depth without using temporal or spatial filtering a priori.Three sets of EWEIF analyses are presented. The first set is to confirm that EWEIF is capable of recovering the individual waves constructed from theoretical equatorial wave solutions under various scenarios. The other two sets demonstrate the ability of the EWEIF method to derive time series of individual equatorial waves from instantaneous wave fields without knowing a priori exactly which waves exist in the data as well as their spatial and temporal scales using outputs of an equatorial β-channel shallow-water model and ERA-Interim data. The third set of demonstrations shows, for the first time, the continuous evolutions of individual equatorial waves in the stratosphere whose amplitude is synchronized with the background zonal wind as predicted by quasi-biennial oscillation theory. 展开更多
关键词 Equatorial wave expansion Instantaneous flows equatorial β-channel shallow-water model
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模式误差对变分同化过程影响的数值研究 被引量:17
8
作者 邱崇践 郜吉东 《高原气象》 CSCD 北大核心 1994年第4期449-456,共8页
本文利用浅水方程模式,对变分四维同化过程中模式误差的影响进行了数值模拟实验。实验显示了模式误差被“混淆”入初始场的现象,在一些模式变量无观测时,这种混淆的后果更为严重。
关键词 变分四维同化 浅水方程模式 数值天气预报
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关于二阶伴随模型的理论研究 被引量:8
9
作者 韩桂军 何柏荣 +1 位作者 马继瑞 李冬 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2000年第3期15-19,共5页
Hesse矩阵-目标函数关于控制变量的二阶偏导数形成的矩阵,在变分数据同化过程中以及敏感性分析等方面起着重要的作用;它可以通过建立数学模型的一阶和二阶伴随模型求得.以浅水方程模型为例,利用泛函的Gateaux微分和H... Hesse矩阵-目标函数关于控制变量的二阶偏导数形成的矩阵,在变分数据同化过程中以及敏感性分析等方面起着重要的作用;它可以通过建立数学模型的一阶和二阶伴随模型求得.以浅水方程模型为例,利用泛函的Gateaux微分和Hilbert空间上伴随算子的概念,导出了一阶和二阶伴随模型并由此得到Hesse矩阵.改进了 Zhi Wang等( 1992)建立的二阶伴随模型理论. 展开更多
关键词 HESSE矩阵 二阶伴随模型 浅水方程模型 海气模型
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基于非结构网格的三维浅水模型 被引量:8
10
作者 于守兵 王万战 余欣 《河海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2011年第2期195-200,共6页
采用水位积分平衡法并引入边壁滑移系数,解决σ坐标系下有限体积离散时产生的静水压力项与底坡项的平衡问题和边壁阻力的模拟问题,建立非结构网格上三维浅水模型.风生流试验计算结果表明,模拟的纵向流速的垂向分布与理论分布吻合较好;Ho... 采用水位积分平衡法并引入边壁滑移系数,解决σ坐标系下有限体积离散时产生的静水压力项与底坡项的平衡问题和边壁阻力的模拟问题,建立非结构网格上三维浅水模型.风生流试验计算结果表明,模拟的纵向流速的垂向分布与理论分布吻合较好;Holtz丁坝试验计算结果表明,引入边壁滑移系数能够模拟坝体附近上游小回流区和下游小回流区;淹没丁坝试验计算结果表明,水位积分平衡法能够处理丁坝端坡和边坡等陡坡上的静水压力项与底坡项的平衡问题. 展开更多
关键词 三维浅水模型 非结构网格 σ坐标系 有限体积法
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青山水库溃坝洪水模拟计算 被引量:8
11
作者 落全富 安莉娜 《浙江水利科技》 2010年第2期17-19,共3页
采用二维浅水模型对青山水库溃坝洪水进行了模拟计算,根据主坝可能出现的溃坝风险,模拟了主坝溃决后保护区内洪水的演进过程,模型的计算结果提供的淹没水深、淹没范围以及流速等洪水风险信息,为青山水库防洪风险管理提供了依据。
关键词 溃堤 二维浅水模型 模拟计算
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风生边界急流稳定性的渐近理论 被引量:6
12
作者 巢纪平 冯立成 王东晓 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期642-649,共8页
观测表明,当冬季盛吹北风时,在南中国海西边界附近将形成一支向南的急流,在一定条件下这支急流可弯曲成波动甚至形成涡旋.本文应用等值浅水模式,采用截断模方法,分析了急流的稳定性,并给出急流上不稳定波出现的条件.分析表明只有当向南... 观测表明,当冬季盛吹北风时,在南中国海西边界附近将形成一支向南的急流,在一定条件下这支急流可弯曲成波动甚至形成涡旋.本文应用等值浅水模式,采用截断模方法,分析了急流的稳定性,并给出急流上不稳定波出现的条件.分析表明只有当向南的风生急流很强很窄时,由变性的Kelvin波和风应力强迫出的地形Rossby波在长波波段耦合而出现不稳定,不稳定波在波长约200 km时向北传播的相速度约为0.2 m.s-1,波振幅增长到e倍所需的时间约1.5天.分析进一步表明,夏季向北的风生流在海洋的西边界附近是稳定的.这些结果在一定程度上解释了观测结果. 展开更多
关键词 南中国海 西边界急流 边界波的稳定性 耦合波 等值浅水模式
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丁坝布置形式对中小河流栖息地影响的数值模拟研究 被引量:6
13
作者 魏文杰 张小霞 张新华 《中国农村水利水电》 北大核心 2017年第9期136-140,149,共6页
丁坝是广泛使用的河道整治和维护建筑物。同时,丁坝又具有保护水生态多样性和改善河流栖息地的功能。丁坝周围水流具有较强的紊动特性,不同的丁坝布置形式对河流流态、水沙结构影响较大,进而影响河流水生生物的栖息地演变。为摸清何种... 丁坝是广泛使用的河道整治和维护建筑物。同时,丁坝又具有保护水生态多样性和改善河流栖息地的功能。丁坝周围水流具有较强的紊动特性,不同的丁坝布置形式对河流流态、水沙结构影响较大,进而影响河流水生生物的栖息地演变。为摸清何种丁坝布置形式对栖息地改善最为有利,基于IFIM理论,将二维浅水模型、泥沙运动和河床演变模型与栖息地加权可用面积计算模型耦合,探讨了不同丁坝布置形式对中小河流典型鱼类栖息地的改善作用。结果表明,采用对口丁坝布置形式时流场对称性强、流态较好,可得到较优的栖息地可用面积WUA,研究成果也可为河流水生态修复与管理提供一定参考。 展开更多
关键词 IFIM 二维浅水模型 丁坝布置形式 水生生物栖息地
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浅水方程模型模拟刚性非淹没植物阻流特性 被引量:5
14
作者 解学超 林鹏智 《西南民族大学学报(自然科学版)》 CAS 2010年第3期446-449,共4页
将植物假设为刚性非淹没圆柱体,考虑植物在水流中占据的体积,采用时间空间双平均方法,将植物作用力作为阻力项引入浅水方程.用有限差分方法将改进的浅水方程进行离散,建立植物区浅水方程数学模型.模型计算结果与试验测量、经验公式符合... 将植物假设为刚性非淹没圆柱体,考虑植物在水流中占据的体积,采用时间空间双平均方法,将植物作用力作为阻力项引入浅水方程.用有限差分方法将改进的浅水方程进行离散,建立植物区浅水方程数学模型.模型计算结果与试验测量、经验公式符合较好. 展开更多
关键词 刚性非淹没植物 浅水方程 数值模拟
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HBFNEnKF混合同化方法设计及检验 被引量:4
15
作者 朱浩楠 闵锦忠 杜宁珠 《大气科学》 CSCD 北大核心 2016年第5期995-1008,共14页
基于前后张驰逼近(Back and Forth Nudging,简称BFN)和集合卡尔曼滤波(En KF)方法,构建了一种新的同化方法 HBFNEn KF(Hybrid Back and Forth Nudging En KF)混合同化方法,并将此同化系统分别与通道浅水模式(shallow water model)和全... 基于前后张驰逼近(Back and Forth Nudging,简称BFN)和集合卡尔曼滤波(En KF)方法,构建了一种新的同化方法 HBFNEn KF(Hybrid Back and Forth Nudging En KF)混合同化方法,并将此同化系统分别与通道浅水模式(shallow water model)和全球浅水模式对接,检验了HBFNEn KF同化方法的有效性。同时,对比了集合均方根滤波(En SRF)、HNEn KF(Hybrid Nudging En KF)、HBFNEn KF三种方法在有误差模式中的同化效果。试验结果表明:HBFNEn KF同化方法保留了HNEn KF方法的同化连续性,解决了En KF同化不连续不平滑的问题,同时还有着更快的收敛速度;当采用单变量分析试验时,HBFNEn KF方法的优势最为明显,表明HBFNEn KF能够较好地保持不同模式变量间的平衡。此外,增量场尺度分析结果表明:相比En SRF,HBFNEn KF在大尺度范围有更好的同化效果,同时能够避免在中小尺度范围内出现大量的虚假增量。 展开更多
关键词 资料同化 Hybrid Back and FORTH Nudging EN KF (HBFNEn KF) ENSEMBLE Square-Root Fiter (En SRF) 浅水模式
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气流过山运动的非线性浅水理论 被引量:3
16
作者 顾伟 伍荣生 《气象学报》 CSCD 北大核心 1995年第1期30-37,共8页
用一个两层密度不同的流体所组成的非线性浅水模型讨论了过山气流的变化特征。结果表明:在背风坡下游,如果弗罗德数Fr大于1,则在不同的条件下将会出现波状的、水跃的以及“破裂”的气流,如果Fr小于1,将只会出现“破裂”气流... 用一个两层密度不同的流体所组成的非线性浅水模型讨论了过山气流的变化特征。结果表明:在背风坡下游,如果弗罗德数Fr大于1,则在不同的条件下将会出现波状的、水跃的以及“破裂”的气流,如果Fr小于1,将只会出现“破裂”气流;在山地上空,地形波关于地形分布是非对称的。 展开更多
关键词 非线性 浅水模式 气流 过山运动
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负跃层条件下浅海海底单参数反演技术 被引量:4
17
作者 赵梅 《声学技术》 CSCD 北大核心 2020年第5期525-531,共7页
海底参数反演是获取海底声学特性一种经济高效的办法。近年来,课题组提出用小掠射角下海底反射损失随掠射角的变化率FdB(dB·rad^-1)作为描述海底的单参数,建立了浅海均匀水层和负跃层水文条件下的海底单参数模型。负跃层单参数模... 海底参数反演是获取海底声学特性一种经济高效的办法。近年来,课题组提出用小掠射角下海底反射损失随掠射角的变化率FdB(dB·rad^-1)作为描述海底的单参数,建立了浅海均匀水层和负跃层水文条件下的海底单参数模型。负跃层单参数模型的建立,为海底单参数反演提供了新的设计思路。文章基于浅海负跃层海底单参数模型,设计海底单参数地声反演方法。首先对负跃层水文条件下浅海海底单参数模型进行简单的描述和介绍;然后在浅海负跃层单参数模型基础上,利用声传播损失对海底单参数进行反演;最后利用实验数据对反演方法的有效性进行了验证。 展开更多
关键词 负跃层 海底单参数 地声反演
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Understanding the Performance of an Unstructured-Mesh Global Shallow Water Model on Kinetic Energy Spectra and Nonlinear Vorticity Dynamics 被引量:1
18
作者 Lei WANG Yi ZHANG +2 位作者 Jian LI Zhuang LIU Yihui ZHOU 《Journal of Meteorological Research》 SCIE CSCD 2019年第6期1075-1097,共23页
A strategy for evaluating a global shallow water model based on aspects of kinetic energy spectra and nonlinear vorticity dynamics is proposed in this study.The kinetic energy spectra and nonlinear vorticity dynamics ... A strategy for evaluating a global shallow water model based on aspects of kinetic energy spectra and nonlinear vorticity dynamics is proposed in this study.The kinetic energy spectra and nonlinear vorticity dynamics of a recently developed global shallow water model on an unstructured mesh are evaluated in comparison with the benchmark solutions from a global high-resolution spectral model.The results show that the kinetic energy spectra,the rotational and divergent components,the stationary and transient components,and the nonlinear spectral fluxes of the developed shallow water model agree well with those generated by the reference model.In addition,the influence of different flux operators for transporting the potential vorticity(PV)is assessed specifically.It is indicated that the second-order flux operator leads to a spurious increase in the kinetic energy at the tail of the spectrum,whereas the upwind third-order flux operator does not support this behavior owing to implicit numerical diffusion.Moreover,the nonlinear vorticity dynamics is studied by using colliding modons.It is found that the grid-point model maintains the symmetrical pattern of vortices,and generates similar kinetic energy spectra and nonlinear spectral fluxes to the reference model.The evaluation provides a reference for assessing the shallow water model in terms of nonlinear dynamics,and the developed global shallow water model presents a good example. 展开更多
关键词 KINETIC energy spectra NONLINEAR VORTICITY dynamics shallow water model ICOSAHEDRAL model model evaluation
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集合卡尔曼滤波在浅水模式数据同化中的应用 被引量:3
19
作者 黄勇 王颖 《解放军理工大学学报(自然科学版)》 EI 2008年第1期85-90,共6页
为了研究集合Kalman滤波同化技术应用于非线性动力学模式的同化效果,通过利用集合Kalman滤波技术对浅水理论中均质不可压流体运动的动力学模式进行理想的数据同化试验。分析集合Kalman滤波同化方法应用于动力学系统的计算方法和步骤。... 为了研究集合Kalman滤波同化技术应用于非线性动力学模式的同化效果,通过利用集合Kalman滤波技术对浅水理论中均质不可压流体运动的动力学模式进行理想的数据同化试验。分析集合Kalman滤波同化方法应用于动力学系统的计算方法和步骤。比较三维变分和集合Kalman滤波的同化效果,讨论了集合Kalman滤波数据同化方法的基本性质和同化观测的频率对集合Kalman滤波同化效果的影响。通过试验证明,集合Kalman滤波数据同化方法能够成功地应用于浅水均质不可压流体的动力学系统,可有效地抑制估计误差的增长,为模式预报提供更加理想的初值,改善预报效果。 展开更多
关键词 集合Kalman滤波同化 浅水模式 数值试验
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基于浅水流模型的广州市大坪泥石流预测与防治 被引量:2
20
作者 郑伟 尹培杰 《人民长江》 北大核心 2022年第7期13-19,49,共8页
暴雨是导致山区泥石流的重要因素,不同降雨条件下泥石流冲出范围的预测仍是泥石流防治的重点,而设计合理的拦挡坝方案可达到防灾减灾的目的。以广州市大坪沟泥石流为例,采用复杂地形条件的浅水流建模技术,对泥石流的运动过程和防治开展... 暴雨是导致山区泥石流的重要因素,不同降雨条件下泥石流冲出范围的预测仍是泥石流防治的重点,而设计合理的拦挡坝方案可达到防灾减灾的目的。以广州市大坪沟泥石流为例,采用复杂地形条件的浅水流建模技术,对泥石流的运动过程和防治开展数值模拟。结果表明:(1)不同降雨阈值条件下,泥石流的流深和流速随降雨频率的降低而增大。当降雨频率设计值为0.5%时,泥石流沿河道堆积长度可达800 m,危险性较大。(2)以流深为标准对模拟结果进行危险性划分,提出泥石流危害指数(HI)。(3)结合地形重构技术对拦挡坝方案进行数值模拟,在沟内A、B两点设置不同高度的拦挡坝,确定了在A点设置15 m高的拦挡坝为最佳方案。研究结果可为国内外类似案例提供参考。 展开更多
关键词 泥石流 泥石流危害指数 数值模拟 拦挡坝 浅水流模型 广州市
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