基于GIS的黄河中下游水沙输移模拟系统集成

基于VB2005和ArcEngine9.2,研制和开发了基于GIS的黄河中下游水沙输移模拟系统,该系统主要包括前处理模块、水沙榆移模拟组件、后处理模块以及帮助和辅助工具模块,基本可以满足黄河中下游水沙输移模拟的需要,同时也为黄河数学模拟系统研发和集成提供了一个基础平台和框架结构.     

长江流域梯级枢纽泥沙调控关键技术

通过将水沙动力学与水库调度优化理论相结合,围绕长江流域梯级枢纽泥沙调控关键技术开展研究。在改进恢复饱和系数、非均匀沙挟沙力等关键计算模式的基础上,完善并集成长江上游梯级水库群水沙数学模型、长江中下游复杂江湖河网水沙数学模型和典型河段平面二维水沙数学模型,构建了江河湖库水沙输移模拟模块。基于泥沙对防洪、发电、航运和长期使用4个主要目标的影响,构建了长江泥沙优化调控目标函数,进而集成水沙输移模拟模块构建了长江泥沙优化调度模型,并提出了基于预构泥沙信息库、结合BP神经网络的模型求解方法和非劣解集的改进灰靶评价方法。在此基础上,以三峡水库为例,提出了汛期“蓄清排浑”动态运用方案以及长期分阶段泥沙调控策略。     

水沙数学模型与可视化系统的集成研究

基于VC＋＋平台开发了二维水沙数学模型与可视化的集成系统（NHRS-2D），给出了系统中关键环节的处理方法，包括计算模块以Fortran生成动态链接库（DLL）的形式集成到系统中；以读写DXF文件的方式与AutoCAD实现了互接；多线程编程等．该系统包括前处理模块、计算模块及后处理模块3个部分．前处理模块具有正交曲线网格的生成、绘制、地形数据的摘取等功能；计算模块可进行河道水沙数值计算、河口海岸潮流泥沙计算及波一流共同作用下的泥沙计算等，并实现了计算过程的实时显示；后处理模块实现了流场、流线、含沙量场、河床（海床）变形等动态可视化的制作和显示，并能以AutoCAD的形式实现流场、等值线图的绘制等．系统采用Windows风格的菜单、工具栏及窗口操作，界面友好，可视化程度高．     

水环境实时调控决策支持系统的开发与应用

以建立水环境实时调控决策支持系统为目标,集成综合数据监测体系、数据库、流域入河污染物负荷模型、河流水环境模型、水环境承载能力与污染负荷动态调控模型、GIS平台等众多模块,提出了系统组成的总体框架,分析了多种数学模型间的集成链接方法、GIS显示体系与数学模型间的交互方法、水环境状态实时模拟与基于调控措施的方案模拟等系统集成的关键环节,提出了水环境实时调控与数字化管理功能在复杂大系统中的实现思路与方法,为复杂水环境调控系统的开发与集成提供了简单实用的集成模式。系统在北运河水系水环境管理中的应用结果表明:该系统方法实现了北运河的实时调控模拟,提高了区域水环境管理的智能化水平。研究成果对水环境实时调控与决策系统的建立及精细化管理具有重要的参考价值。     

辐射沙脊群时空信息集成系统设计

针对江苏沿海滩涂围垦开发的难点,在海洋时空数据模型的基础上探讨了辐射沙脊群时空信息集成的方法,初步尝试了准同步思想在时空数据管理中的应用。系统在.NET开发平台下,结合Arc GIS二次开发、数据库编程,设计开发了C/S和B/S混合结构的辐射沙脊群时空信息集成系统。水文站管理、漂流浮标示踪、遥感影像检索3大关键模块与数据源、数据整编、数据库管理、模型库和业务表达5层互成经纬结构,实现数据交互查询和管理。系统主要功能包括数据整编、模型计算、数据分析、时空数据接收、成果展示和分享,为辐射沙脊群区域围垦开发及水文监测提供数据支撑和技术支持。     

基于DWSM的流域水沙模拟计算系统的构建与应用

采用模块化开发方法构建基于分布式水文模型DWSM的流域水沙模拟计算系统,用以研究宁夏和内蒙黄河段(下河沿至头道拐)流域的产流产沙情况及水沙输移规律。该系统主要针对黄河上游宁蒙河段及其相关流域,借助DWSM模型在流域计算模拟方面的优点,系统集成数据库模块、河网提取模块、DWSM伺服模块、DWSM模型模块以及水文成果对比与显示模块等主要功能模块并调节计算参数。在介绍系统框架结构、模型原理和计算流程的基础上,采用宁蒙河段的实测资料对其进行应用验证。计算分析结果表明,所构建的宁蒙黄河流域水沙模拟计算系统在该区域具有较好的适用性。     

面向对象的黄河水沙数据模型设计与应用

从数据模型的角度研究了二维水沙数值模拟计算的数据管理,分析了参与二维水沙数值模型计算的数据种类,采用面向对象的数据建模方法定义了各种数据的属性、方法及其相互关系,设计了适应黄河下游河流数值模拟特征的水流泥沙数据模型,并利用Visio工具和ArcObjeets组件将数据模型应用于二维水沙数学模型的数据管理与可视化.数据模型的建立理清了二维水沙模型数据间的关系,实现了水流泥沙数据共享管理,为Access、SQL Server等数据库提供了统一的数据访问接口,有效地减少了数据储存冗余,有助于提高科学计算的可视化程度.     

黄河下游一维水动力学数学模型管理平台设计与实现

黄河下游一维水动力学模型是研究黄河下游河道冲淤问题和河床演变规律的重要数学模型,是目前针对黄河下游应用最普及、最完善的数学模型。运用水动力学基本理论和软件工程理论研究开发下游河道泥沙冲淤计算模型可视化平台。将进入下游河道的水沙过程、河道断面参数等有关数据纳入可视化空间,增强了系统数据可视化管理功能,建立起具有数据管理、方案管理、方案输出、结果查询、方案比较等主要功能的系统平台,整体构成对河道泥沙冲淤计算的全过程支持。     

基于水库-河道耦合关系的水库水沙联合调度模型研究与应用

为使多沙河流水库既能实现防洪、发电和生态等综合效益,同时又能兼顾下游河道维持一定过流能力的目标,运用动态规划方法构建了基于水库-河道耦合关系的水库多目标优化调度数学模型,集成了水库减淤效益、发电效益、下游河道河床演变3个计算子模块。其中下游河道河床演变计算子模块是整个数学模型的核心模块,它的年度计算结果既作为水库调度寻优的判别条件,又通过实时反馈更新了下一年度水库优化调度计算的边界条件。将该模型应用到黄河小浪底水库水沙联合调度的研究中,结果表明,在维持下游河道4000 m3/s左右的中水河槽的基础上,构建的模型能充分权衡下游防洪、库区减淤、电站发电之间的关系,实现了水库综合效益的优化。该结论为研究多沙河流水库水沙联合优化调度提供了新的思路和理论依据。     

黄河水沙数学模型评价体系研究

结合理论研究和水文测验成果,构建了水沙数学模型多目标可量化评价体系,甄选了经典实验室数据和多沙河流实测原型资料,集成了模型测试案例题库;基于建模原理和水文观测数据,遴选了模型评估的单项指标;借助层次分析法和结构方程模型法研究了单项指标的无量纲方法、单项赋权及合成模型。建立水沙数学模型评价体系,可以实现水沙数值模拟量化评价,改变我国目前数学模型评价以主观评审为主导的现状,促进水利行业数值模拟的标准化、规范化发展。     

地表水环境数学模型研究进展

简述了地表水环境数学模型,包括水动力学模型、水质模型和水生态模型的发展历史、应用现状及国内外最新研究成果,深入探讨了模型敏感性和不确定性分析、模型模拟精度等应用中被广泛关注的疑难问题,指出模型系统化、综合化和平台化,大数据支撑下的与新兴技术结合创新,以及模型法规化等将成为水环境模拟与预测领域未来的研究热点。     

阳澄淀泖区动态洪水风险图的编制及其管理系统的开发

基于大量的实测和调研资料,建立了能反映阳澄淀泖区现状河网、圩区分布及水工建筑物调度的水动力模型,经率定和验证后能够用于该区域的洪水模拟。基于Web技术、GIS技术和数据库技术,研发了嵌套水动力模型的动态洪水风险图管理系统。针对任意降雨、边界条件、水工建筑物参数及调度参数,系统能快速调用模型进行模拟计算并生成动态洪水风险图。与在线预报数据结合,可实现洪水预报预警,为洪水风险图在防洪减灾、洪水管理、洪水预报等方面提供技术支撑和应用借鉴。     

河闸泄流特性及对应洪水淹没范围模拟试验研究

为验证数值模拟与物理模型试验在河流水动力、河闸泄流特性及洪水淹没模拟方面的适用性,以盘锦市辽河口段双台子河感潮河段为研究对象进行了物理模型试验,随后基于MIKE系列软件(MIKE11/21/FLOOD)构建了河流水动力及洪水淹没数值模型,并与物理模形试验相互对比验证。结果表明:数值模型与物理模型模拟结果相近,两者在实际应用中各具特点与优势。     

山区流域洪涝预报水文与水动力耦合模型研究进展

受人类活动及气候变化的影响,我国山区流域洪涝灾害频发,研制洪涝模拟及预报模型对于流域洪涝灾害防治及水环境综合整治具有重要的理论意义和应用价值。论文评述了洪涝模拟与预报使用的水文及水动力模型的优缺点,指出单一的水文或水动力模型的局限性。基于此,分析并比较了国内外已有的水文模型与水动力模型的不同耦合方式,包括水文模型与水动力模型的串联耦合、水文模型与一维水动力模型的动态单向耦合、水文模型与二维水动力模型的动态单向耦合。总结了各类耦合模型的优势和适用性,评价了已有耦合模型在计算精度、数值格式稳定性和计算效率等方面所取得的创新。论文探讨了流域洪涝发生和发展的水文过程与水动力过程的互馈机制,分析了水文模型与水动力模型新的耦合方法及可行性,介绍了水文与二维及一维水动力的动态双向耦合模型。动态双向耦合模型预期能更加真实地反映流域洪涝发生及发展物理机制,具有提高洪涝模拟预报精度和计算效率的潜力。各类耦合模型各有其自身优势,可以根据流域及城市防洪实际,选取合适的水文与水动力耦合模型,为山区流域洪涝模拟和预报提供技术支持。     

土石围堰溃堰洪水三维动态风险分析系统建模研究

基于三维动态可视化仿真技术，耦合土石溃堰洪水数值模拟和溃堰动态仿真模型，建立施工洪水演进水力要素、洪水演进过程和河槽空间位置等信息耦合的土石溃堰洪水演进动态仿真架构，在三维可视化信息平台的基础上，将数值模拟数据及三维动态仿真数据与相应的图元对象建立映射关联，通过动态更新洪水水位、围堰及河道等图元变量和属性变量，直观的表现了土石溃堰洪水演进的时空分布特征，为探求溃堰发生发展机理及防洪减灾决策分析提供了交互式可视化平台。     

三维可视化大坝安全监控系统研发及应用

先进可靠的三维可视化大坝安全监控系统能准确检查大坝结构,展示仪器埋设位置,提高实时监测信息及大坝安全管理的效率。通过对大坝监测数据的深入分析,并依据规范拟定应力、渗流量等监控指标对三维数值模型进行正反分析,可确定大坝变形预警值。以湖南托口水电站为例,采用BIM技术构建了大坝实体、地形场景以及监测信息的三维可视化模型,并开发出集成了三维可视化模型展示、数据查询、数据展示及安全预警四大模块的大坝安全监控系统。该系统能全方位展示大坝结构、监测数据分析结果、监控指标等信息,并直观展示实时信息,实现了大坝安全监控预警,提高了大坝安全管理效率。相关经验可供类似水利水电工程的安全监控系统开发借鉴。     

基于“四预”的永定河洪水预报调度系统研究与应用

近年来,我国洪水频发,对人民群众的生命财产安全造成了严重的威胁。为能够提前研判洪水态势,减轻洪灾损失,依照水旱灾害防御的业务特点,遵循预报、预警、预演、预案的理念,提出了以“数字汇聚-数据底板-孪生平台-四预体系”为主线的洪水预报调度系统总体架构,梳理了系统的业务功能与需求。结合永定河流域特点,采用流域洪水预报调度、模型与系统实时交互和二三维地理信息渲染展示等关键技术,构建了基于“四预”体系的永定河洪水预报调度系统,支撑永定河洪水调度预演,为洪水预报调度“四预”体系的建设提供借鉴与参考。     

大坝加高工程混凝土浇筑施工模拟与管理系统

以南水北调中线丹江口大坝加高工程为背景,开发丹江口大坝加高工程混凝土浇筑施工模拟与管理系统。通过对系统目标与需求的分析,对系统的总体结构、系统数据库、系统功能体系进行了详细的研究与设计。通过对施工现场管理与浇筑流程的系统分析,建立了混凝土浇筑施工模拟模型系统,包括混凝土浇筑施工模拟主流程、浇筑仓位选择、入仓机械联合浇筑三方面内容。本系统模拟计算结果的仓位浇筑顺序科学合理,月施工进度、周施工进度的模拟计算值与实际完成值高度吻合,机械有效使用率高,对于工程顺利实施的发挥起了重要作用。