可使用CAE365平台进行水动力仿真分析,该平台目前推出3个月全模块免费无限使用。
河道是水流在地表侵蚀与沉积中形成的自然通道,其形态随地质构造与气候变化不断演化。例如黄河频繁改道、长江中下游蜿蜒曲折,无不体现河道的动态性。然而,这种动态性也为人类带来挑战:洪水威胁、泥沙淤积、生态退化等问题,亟需科学的调控手段。传统经验式治水已难以应对现代复杂需求,精准建模成为破局关键。


CAE365的一维水动力模块通过求解圣维南方程组,用于河道水动力仿真,可以模拟多种流态的河流,快速进行复杂河网的水力计算,适用于大空间尺度的河道水动力现象的研究。
基本圣维南方程组:
-连续性方程

其中:Q(x,t)为流量,Z(x,t)自由水面高程
-动力学方程

其中:g为重力加速度
一维水动力模块支持亚稳态和跨临界态的计算,支持用户设置水位、流量、水位-流量关系等类型的边界,添加蓄水池、侧堰、溢流堰、土石坝、闸门等水工建筑物,可模拟区间入流、局部水头损失等物理过程,计算输出断面的水位、流量、流速曲线等结果。
通过拖拽页面中的建模组件,用户定义河道及水工建筑物的连接关系,进行河道建模。
鼠标贴近河道组件的边框圆型连接点时会变成十字连接标,按住拖出河道,连接河道的上游-下游或通过连接汊口-上游/下游即可创建河流。用户通过输入或上传的方式定义沿河道里标的断面形貌,明确主槽和漫滩的位置,完成对河道及断面的描述。
连接线负责蓄水池与河道的连接,或蓄水池之间的连接,有多种实际形态,如外堰、渠道、虹吸管或箱涵,不同形态表示不同的作用关系以及流量换算关系。在蓄水池已有的连接线上,将已经拖入界面中的连接器组件再次选中,拖至变绿的空连接线上,完成连接线的类型设置。
基础信息主要概括了作业的基本介绍,包含当前作业的名称以及作业所使用的计算求解内核,用户可以自定义作业名称,选择亚稳态或跨临界态的计算内核。

时间步&资源设置主要用于定义计算时间步以及输出的内容,包含计算完成条件、结果/日志的写入时间步间隔以及库朗数等信息;根据所选计算完成条件的不同,相关设置及约束条件也会不同。

物理模型中可以设置各河道的摩擦系数,包含不同河道的主槽以及漫滩的摩擦系数的定义,可选择不同的摩擦模型:Strickler、Chezy、colebrook、Bazin。

河道初始信息用于定义各河道的初始场,正确的定义初始场对于开启一维水动力的计算至关重要。

网格部分中可以定义河道网格的纵向和轴向密度,密度越低网格越稀疏,计算量越小,密度越高计算收敛条件越苛刻,结果更丰富。

要展示的结果可以通过选择所有虚拟断面或指定断面来决定,所有虚拟断面会输出所有剖分的河道轴向断面上的结果,而指定断面只会输出所选里程断面的结果。

河道结果中包含如流量、水位、流速等物理量的变化过程,可以固定某一断面查看物理量随时间的变化过程,也可以固定某一时刻查看物理量随距离的变化过程。点击播放标志的按钮即可查看该物理量的全时刻或全里程所有结果的动态变化。

蓄水池结果包括蓄水池的容积、水位随时间的变化情况。