基于JPWSPC水动力模型的优化引水量计算分析

为提高水系河网水动力模拟的稳定性和计算效率,采用了汊点水位预测校正法(JPWSPC)处理缓流河网汊点和结构物连接处的回水效应,综合工程因素,建立了工程实例的河网一维水动力模型,计算分析了不同引水(分水)方案下河道水位过程和水力停留时间的变化。结果表明:在蓄水建筑物调蓄条件下,不同引水流量对河道水面面积和景观效果区别不大,河道的水力停留时间则与过流流量密切相关。通过优化调整引水量及河道分流比的模拟计算,为保证水资源高效利用、降低引水经济成本提供技术依据。     

平原河网水动力模型及求解方法探讨

参考国内外有关资料 ,根据河网非恒定流水动力模型的控制方程组和汊点衔接条件 ,建立平原河网水动力节点 河道模型。介绍用特征线法 ,有限体积法和有限差分法中的直接解法、分级解法、汊点分组解法、矩阵标识法、非线性方法等求解的基本思路。对比单元划分模型、混合模型以及人工神经网络模型等平原河网水动力模型 ,分析各个模型的优缺点 ,结果表明 ,节点 河道模型原则上可以求解任何水网的水力参数 ,单元划分模型仅适用于河道流速时空变化不大的情况 ,人工神经网络模型的验证比较困难。指出改进和设计计算方法、应用向量运算和并行算法、数值模拟可视化、数值计算模型软件化是河网数值模拟的主要发展方向     

洪涝仿真模型中河网洪水的计算研究

为在洪涝仿真模型中计算河网及工程调度下的洪水演进,并综合考虑河道洪水与地面洪水的相互影响,本文建立了一维圣维南方程和河网汊点水量平衡方程组,按照preissmann四点差分格式进行离散,采用泰勒级数近似的方法计算了河网中跨河闸门在关闭、自由出流和淹没出流三种状态下的过流能力,利用并修改了矩阵标识法求解方程组,研发了一维河网模拟模型;利用堰流公式建立一维河网模拟模型和二维洪涝仿真模型的连接,实现了一、二维模型的耦合。从文献中选择典型算例验证模型,模拟结果与文献相同。以长江、汉江和东荆河河网及杜家台和洪湖蓄洪区为工程实例,模拟的河网洪水与实测数据基本一致,河道与两个蓄洪区的水量交换合理,证明新建立的一维河网模拟模型具备了对河网洪水演进的模拟能力,与二维模型耦合的方法合理。     

太湖流域平原河网分流比影响因素

以太湖流域典型分汊河道为例,构建河道二维水动力模型,研究平原河网分流比主要影响因素及其作用机理,并运用岭回归建立了平原河网分流比预测方程。结果表明:平原河网分流比与糙率、支汊过水宽度比、水位差呈正相关关系,与干流流量呈负相关关系,与分汊角度关系复杂;干流流量和支汊过水宽度比是影响分流比的主要因素;构建的多因素平原河网分流比综合预测方程可用于预测平原河网分汊河道分流比。     

平原感潮河网水动力模型研究

利用一维Saint—Venant方程组、河网汊点连续方程及边界条件建立了河网水动力学模型；采用Abbott六点隐式差分格式离散控制方程组；求解河网时，将河段方程自相消元，得到以汊点水位为基本未知量的汊点方程组；采用汊点优化编码来降低汊点方程组系数矩阵的带宽以提高计算精度和节省计算耗时。对上海市平原感潮河网进行了合理概化，利用1999年6月～9月的实测水文资料进行了率定，结果表明计算值同实测值吻合较好。     

珠江三角洲地区河网水动力学

对珠江三角洲河网区河道进行了概化,利用一维非恒定流基本方程组、河网节点连结方程及边点方程建立了珠江三角洲河网区水动力学模型;将参加计算的方程分成微段、河段、汊点三级,采用逐级处理再联合运算的方法(即所谓的三级联解法)[1],求得河网中各计算断面的水位、流量等值;利用丰、平、枯三期的实测资料对模型参数进行了率定.率定后的模型计算值和实测值吻合较好.     

珠江三角洲地区河网水动力学模型研究

对珠江三角洲河网区河道进行了概化，利用一维非恒定流基本方程组，河网节点连结方程及边点方程建立了珠江三角液河网区水动力学模型，将参加计算的方程分成微段，河段，汊点三级，采用逐级处理再联合运算的方法（即所谓的三级联解法），求得河网中各计算断面的水位，流量等值，利用丰，平，枯，三期的实测资料对模型参数进行了率定，率定后的模型计算值和实测值吻合较好。     

基于汊口分类处理的平原河网水质模拟方法

在目前常用的平原河网水质模拟三级解法中,对所有汊口出口断面浓度均采用均匀混合假设,然而汊口处不同的水动力条件和来流水质使得均匀混合假设未必适用于所有的汊口。为修正传统方法中的这一理论不足,该文提出对不同类型的汊口进行分类,并基于不同的处理建立平原河网水质模型。较之传统的三级解法,该方法直接求解断面浓度,无需求解汊口处的浓度,可有效简化求解过程并提高精度。将模型应用于江苏昆山某河网,求解非恒定流条件下各断面的COD浓度。结果表明:在未采用均匀混合假设的汊口,出流断面浓度与传统模型的结果差异明显;该模型计算结果与实测值吻合较好,可应用于平原河网水质模拟。     

DWSM动态并行计算技术

针对DWSM计算模式鲁棒性低、计算时间长、无法实现多核计算等局限性,对模型的算法和存储规则进行相应改进。在遵从DWSM计算逻辑顺序的基础上,抛弃原计算单元顺序表模式关于虚拟河道的假设,采用流域分区概念进行河网树结构的模式设计,在基于叶节点并行计算的基础上研究动态分级并行计算技术,以进一步完善计算模式。以黄河宁蒙段流域为实例,计算结果表明,算法的优化极大地提高了DWSM的计算效率,增强了其对大范围、具有复杂河网结构流域水沙规律研究的适用性。     

自然排水区域内涝模拟技术研究

平原河网地区降雨过程中地面汇集、蓄滞,最终排出到河道是一个复杂的过程,不仅受地形的影响、还受外河水位影响,单纯的一维水动力模型或二维水动力模型无法模拟地面积水与河道水位的同步、实时变化。为了准确模拟降雨过程中自流排水区域地面汇流和河道水位的变化过程、优化区域河道布局规模和调度方式,本文综合一、二维水动力数学模型的优点,将河道与地面进行侧向耦合计算,地面低洼区域与河道进行正向耦合计算,模拟不同工况条件下区域内涝分布情况。结果表明：一、二维水动力数学模型侧向耦合和正向耦合技术可以模拟自然排水区域内涝实时分布情况,并可对不同河道规模和调度方式下区域内涝风险进行判别,为区域城市河网水系布局规划提供技术支撑。     

A DEM‐based parallel computing hydrodynamic and transport model

The sudden and accidental water pollution response system (SAWPRS) for Yangtze River in central China required to develop a hydrodynamic and transport model, which is readily available and capable of simulating a large river system within GIS environment. This study facilitates such effort by developing a parallel computing method based on digital elevation model (DEM) using overlapping domain decomposition approach (ODDA) and message passing interface (MPI) protocol. The hydrodynamic and transport model was redesigned using finite volume method for hydrodynamic and transport model dispersion, the SIMPLEC method for solving the flow field, and the pressure weighted interpolating method for the flow field modification. This modelling approach was verified in two experiments using different sets of computer clusters. The model output was evaluated against the measured data collected for the year 1998 for Wanzhou, an upstream river segment of Yangtze River. The relative error was found to be less than 10%. The performance of parallel computation was found excellent as evident from the cost efficiency values greater than 0.81 in both experiments and increased computation speed while increasing the number of computer clusters. Overall, the parallel computing modelling system developed here was found to meet all requirements of SAWPRS. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于DGA的BP神经网络及其在一维河网模拟中的应用

考虑到BP神经网络的计算精度和稳定性依赖于初始权、阈值,首先对标准遗传算法进行改进,然后用改进的遗传算法优化BP神经网络的初始权、阈值。将遗传算法和神经网络结合起来建立河网BP模型,把实测资料或者水动力数学模型的计算结果作为学习样本对模型进行训练。将河网BP模型运用于西江三角洲河网,发现该模型与水动力模型的计算结果吻合较好,表明优化后的BP网络用于河网水力模拟是可行的。     

平面二维非均匀泥沙OpenMP并行计算模型

为实现平面二维非均匀泥沙模型并行计算,采用OpenMP指令对串行源程序进行改造。基于三角形-四边形混合网格的平面二维非均匀泥沙有限体积模型具有显式求解时网格单元相互独立性这种特性,Fortran串行源程序无需进行较大的修改,只要在循环计算和数组整体操作部分嵌入OpenMP循环并行指令和数组并行指令,即可实现并行计算。案例分析结果表明,在并行线程数目等于计算机固有线程数目时,并行加速比达到最大值1.55;OpenMP技术使用线程间共享内存的方式协调并行计算,很适合在多核计算机上运行,且编程简单灵活,将随着计算机硬件性能的提高得到更广泛的应用。     

WASP5水质模型在平原河网区的应用

以平原河网区水环境为研究对象,选择了WASP5系统作为平原河网水质模拟的基本工具,针对WASP5系统自带的DYNHYD5水动力模型功能的局限性,以及平原河网水力调控系统复杂的特征,选择了具有产汇流模拟、闸坝控制模拟及河网水流模拟等功能的三级联解平原河网水动力模型。通过利用C++语言编程,实现了三级联解平原河网水动力模型与WASP5水质模型的耦合,使之可以应用于平原河网水环境的模拟。并把研究成果运用到实际引调水工程中去,模拟引调水工程中不同实施方案下的环境效益,为引调水工程实施方案的确定提供了理论依据。     

水利高性能计算的进展

针对水利信息化对精细模拟与高性能运算提出的愈来愈高的要求,在简单介绍高性能计算的硬件、软件环境及其在水利上的几个应用实例后,着重介绍了并行有限元法、并行边界元法的一些进展以及网格技术的最新进展。指出从网络到网格是高性能计算发展的最新方向,应以网格平台支持、促进水利信息化进程。     

水利科学计算并行计算平台构建及算法实践

文中采用现代先进的信息技术和计算技术,研究基于高性能并行计算的水利水电大型科学计算平台体系和构建,并采用Sun Fire 6800R和Sun Cluster Tools初步形成了高性能并行计算平台的架构,结合水利水电科学计算的实践,通过数学模型的结构分析、并行改造,探索、推广并行计算技术在水利水电数学模型计算领域的应用,并以此构架基于网络的开发式并行计算共享平台。     

基于LINUX和MPICH2 的高性能科学计算集群搭建及其性能评测

在水利工程计算中,单机计算已经不能满足实际科研和生产的需要,大型工程的设计、施工、管理和科学研究都越来越依赖于高性能科学计算。采用并行计算和计算机网络技术构建高性能科学计算集群,能够有效提高计算速度并降低运算成本。本文探讨了基于Beowulf集群模型,利用普通PC机和以太网,通过在LINUX操作系统下搭建基于MPICH2的并行计算集群,实现低成本并行计算平台的技术,并介绍了利用Linpack测试对并行计算集群进行性能评测的具体方法。这一技术对于解决较大规模科学和工程计算问题具有重要的实用价值和经济意义。     

复杂河网水系油粒子模型开发及溢油污染模拟

近年来,油粒子模型在海洋、海湾等水体的二、三维溢油数值模拟中获得广泛应用.然而,河网地区的水流模拟通常采用一维水动力模型,无法根据模型预测结果判断油粒子运动至河网节点后的流动方向,导致现有油粒子模型不能应用于河网水系溢油污染模拟.本研究针对水网地区溢油输移特征,通过定义河网节点出流河道流向因子,判断油粒子运动至河网节点...