前言

堤坝溃决洪水属于一种低概率、高危害事件。堤坝溃决洪水波常以立波或涌波的形式向下游急速推进,所经之处河道水位瞬息剧涨,水流汹涌湍急,下游临近地区通常难以从容防护,使得其危害性要远大于一般的河道洪水。和常规洪水水流流态相比,溃决洪水水流的流态更为复杂,急流和缓流常常同时发生,并存在着激波和水面间断的现象。一些经典的数值计算格式在处理溃决水流时常会出现数值振荡和不稳定的现象。近些年,源于空气动力学领域的以求解Riemann近似解为基础的Godunov格式在处理溃决水流问题时取得了很好的效果,该格式能够自动捕捉激波和间断。经过很多学者的努力,Godunov格式中的一些关键技术难题如数值格式的“C特性”问题、干河床洪水演进的问题等均得到了很好的解决,该数值格式用于工程实践的条件已经成熟。

水动力模型按空间维数不同可分为一维、二维、三维模型,但是以目前计算条件,在工程实践的应用中还是以一维、二维模型为主。本书重点介绍了基于Godunov格式的一维、二维水动力模型的开发及常见的验证算例。本书共分8章,第1章系统介绍了Godunov格式的研究进展状况;第2章介绍了一种简易的溃口出流模型;第3章介绍了基于HLL格式的一维水流数学模型的构建及验证算例;第4章介绍了基于HLL格式的一维河网模型及验证算例;第5章介绍了基于Roe格式的二维水流数学模型的构建及验证算例;第6章介绍了一维和二维耦合溃坝模型的构建及算例验证;第7章介绍了溃堤洪水数学模型构建、验证及应用;第8章介绍了建筑物密集城区溃堤水流的数值模拟方法及其应用。

本书的完成得到了很多专家学者的帮助,感谢导师教授、王兴奎教授带我进入计算水动力学的研究领域,感谢程晓陶教授和黄金池教授在我博士后工作阶段给予的指导。感谢Soares博士和Hubbard博士提供了模型验证所需的部分数据。感谢中国水利水电科学研究院的领导和同事在工作和生活上给予的关心和帮助。

本书的出版承蒙中国水利水电科学研究院青年专项课题“基于Godunov格式的复杂河网水动力数学模型研究(JZ0145B032014)”资助,在此诚表谢意。

作者

2014年10月