自学了SMS-FESWMS几个月,从其原理到具体应用都已经比较熟悉。感觉这个软件还是有许多不足,这也是需要进一步提高和改进的地方。下面谈谈自己的一些感受和体会。
首先,对一些比较简单的模型,软件的计算精度,特别是水流模拟的精度还是可以保证的,但前提是需要对一些关键影响参数进行合理设置,如糙率、涡粘系数(特别对于存在回流的情况)等。对于泥沙模拟,该模型仅能较好的考虑入口清水及平衡输沙(也即保证入口处不发生冲淤)的情况,另外,模型提供了多个平衡挟沙经验公式,如熟知的Meyer-Peter-Muller公式、Laursen公式、Ackers-White公式等,选择公式时应注意各公式适用的粒径范围等,如M-P-M公式可以考虑粒径较粗的卵石河床情况,其适用的粒径变化范围也较大;而Laursen公式的适用粒径范围就较小,一般适用于沙及细卵石河床情况。泥沙模拟的工况验证得不多,整体上来讲,在参数合理取值的情况下,泥沙模拟能得到定性合理、定量接近的计算结果;
其次,对于实际河道而言,情况就复杂得多,软件的稳定性成为特别关键的问题。首先对于实际高程点,一般高程较高的点如果不必要,就尽量不要考虑,因为如果计算水位低于节点高程,就会出现单元干湿的问题,单元干湿问题的处理是平面二维数学模型中是一个比较关键的问题,国内取得了不少好的成果,如何少苓提出的窄缝法等,而在FESWMS模型中,主要提出了一个河床存储系数的概念。简单来说,就是让相邻时间步的单元干湿变化不那么剧烈,从而保证计算的稳定。在FESWMS模型中,虽然可以通过自动的Steering/Spin down功能解决水位较低的问题,但从应用效果来看,如果水位与河床高程相差较大,该功能很难最终收敛到目标水位值。另外,单元干湿参数的设置,在材料设置和模型控制中都有出现,材料设置中如果设置干湿参数值,则会覆盖模型控制中的相应参数。在模型控制中,需设置默认存储深度及干燥深度限值,同时打开干湿开关,默认存储深度取0.1~3ft不等。综上,从稳定性角度来讲,尽量将河床高程调低,可保证计算的稳定性,否则,模型将很难计算。对于实际河道的水流计算,在保证稳定性和合理参数取值的条件下,一般都能定性合理的结果,如果要从定量上考虑,则需要进行大量的模型验证,包括参数的反复调试等,过程是比较繁杂的。对泥沙计算而言,要想得到与实测数据符合的结果,估计是比较困难的,首先,SMS的泥沙入口边界问题尚未得到很好解决,无法给定入口含沙量条件;其次,上述平衡输沙公式的适用性问题,特别是用于长江、黄河等国内河流时能否反映实际,这是比较困难的。
软件进一步改进的建议:
1、将k-ε紊流模型等引入到软件中去,这样涡粘系数的取值可以不用手动设定,而可以直接根据湍流动能及耗散率确定,这也是目前平面二维水流模型的主流方法;
2、改进干湿边界变化的处理,引入更为合理的计算方法,感觉这方面的处理最为关键;
3、对泥沙模型的源代码进行大量的完善修改,一方面充分考虑入口泥沙边界,另一方面,考虑增加更多地更为合理的平衡输沙公式。
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