基于自然邻点插值计算的溃堤洪水二维模型

为了模拟溃堤洪水的演进过程,建立计算区域的二维水动力模型,采用基于非结构网格的Roe格式离散求解。针对保护区内存在线状地物等实际特点,将道路、灌渠渠堤等建筑物线性处理,概化为宽顶堰的形式计算,赋予实际高程,将其作为特殊边界与非结构网格耦联;采用自然邻点插值计算方法,将保护区与排水沟分区插值,还原区域内排水沟地形,通过以上方法,获得了具有真实地形的模型。将模型应用于青铜峡河西灌区四排口险工溃堤洪水模拟,有效模拟了道路、渠堤等特殊边界阻水和桥涵过水效果,以及排水沟内排水和入河口洪水倒灌过程,较为真实地反映了洪水在计算区域内的演进过程和淹没范围,具有较好的应用价值。     

金沙江白格堰塞湖溃坝洪水演进高性能数值模拟

为高效准确地计算堰塞湖溃坝洪水演进过程,采用基于GPU加速技术的二维水动力模型模拟了2018年金沙江"10·10"与"11·3"白格堰塞湖溃坝洪水演进过程,并将模拟流量过程结果与下游叶巴滩、苏洼龙的实测流量结果进行了对比。模拟结果表明:对于无高精度地形资料的山区,该二维水动力模型可以较好地模拟溃坝洪水演进过程。在计算效率方面,在462万网格的地形数据上模拟40 h洪水演进过程,两次模拟事件分别耗时61 min和74 min。可见该二维水动力模型在模拟洪水演进时非常高效,对洪水应急抢险事件可做到快速预测,为决策者提供有力的数据支撑。     

黄浦江二维有限元计算网格生成技术

计算网格生成是黄浦江二维模型数值模拟中的一项重要工作，研究中将地理信息系统(GIS)引入网格生成过程，利用电子地图采集地形信息，然后利用网格生成工具分区域自动生成有限元网格单元，利用离散数据点插补网格节点的河底高程值，最终生成了研究区域有限元计算网格。     

基于非结构网格的洪水演进过程中GPU加速数值模型研究

为降低洪水风险并有效地进行洪水管理,研究洪水演进及淹没过程显得尤为重要。该文建立了一套基于非结构网格的二维水动力数值模型,采用三角形网格剖分计算域以适应不规则地形边界,并利用图形处理器(GPU)加速技术以大幅提高模型计算效率,可快速有效地模拟大尺度复杂地形条件下的洪水演进过程,为防洪减灾决策提供强有力的数据支撑。通过三个经典算例研究表明:该模型具有较高的准确性、稳定性和适用性。并将模型应用于Malpasset溃坝后的洪水演进过程,发现计算结果与实测数据吻合较好,计算效率较高,仅用时52 s就完成了溃坝后3 600 s内水动力过程的模拟计算,表明模型能高效准确地模拟大范围高分辨率地形上的洪水演进过程,具有较高的应用价值。     

溃堤洪水分析的一、二维水动力耦合模型及应用

建立一、二维水动力耦合数学模型以模拟溃堤洪水的演进过程,其中一维模型采用Preissmann格式离散,二维模型利用基于非结构网格的Roe格式离散。将道路、灌渠等特殊边界概化为宽顶堰并作线性处理,利用非结构网格与特殊边界的耦联,建立具有真实地形的耦合模型,并采用干湿水深理论对模型进行优化。将模型应用于黄河青铜峡河西灌区溃堤洪水的模拟,较为真实地再现了洪水在计算区域内的演进过程与淹没范围,体现了道路、灌渠等特殊边界的阻水效果与桥涵的过水效果。     

外洪溃堤一、二维耦合模型与内涝模型叠加在防洪保护区内的应用探讨

针对防洪保护区河道洪水的漫滩、溃堤及其与内涝叠加耦合预测的难题,以模拟溃堤洪水遭遇区域内涝情况下洪水演进过程为目标,采用基于非结构网格的Roe格式离散控制方程,利用Mike-flood提供的标准连接、侧向连接实现一维与二维模型间的耦联,将溃口口门概化为宽顶堰并添加控制策略实现堤防溃决模拟。采用二维水动力模型耦合降雨径流关系计算净雨过程,建立与区域内涝模型叠加联用的一、二维水动力耦合模型。以中运河南片防洪保护区内洪水演进为例进行分析,结果表明:中运河右堤胡家险工溃决后,洪水向下游演进至房亭河与中运河交汇处的运西洼地内,最大淹没水深位于房亭河与中运河交汇处。模型能够较合理的反映区域内涝分布、地形及主要道路和涵洞对洪水演进的影响,可为区域内防洪抢险工作提供可靠依据。     

长距离溃堰洪水演进二维数值模拟

建立了用于模拟溃堰洪水演进的平面二维水流数学模型。采用非规则四边形网格划分计算区域，用有限体积法求解水深积分方程，显式MacCormack预测—校正格式步进计算，采用基于界面属性与单元属性的动边界技术处理干湿变动网格。模拟了唐家山堰塞坝溃堰过程及溃堰洪水在长约70 km河道中的演进过程，给出了各溃堰方案下溃口及沿程测站的水位流量过程，以及沿程最大洪峰流量，模拟结果充分反映了河道平面形态变化、漫滩及槽蓄对洪水演进的影响，为堰塞坝溃坝预案的制定提供了科学依据。     

基于非结构网格的二维溃坝洪水数值模型

基于三角形非结构网格,采用有限体积法建立了平面二维水动力学模型,用于模拟复杂边界和地形下溃坝洪水的运动过程。该文采用中心迎风格式求解界面数值通量,并通过引入限制器技术对界面两侧变量进行重构,使其在空间上具有两阶精度。采用局部改变河床高程方法对界面重构变量进行修正来提高模型的干湿处理能力。该模型既能保证数值格式的和谐性,又能够确保整个计算过程中水深是非负的。通过采用三个典型算例的验证和一个实例溃坝洪水过程的模拟分析,计算结果表明:该模型能很好地捕捉复杂地形和边界条件下洪水演进过程中的洪水锋面运动、干湿节点转化、水深和流量变化等过程,具有很强的稳定性、水量守恒性和激波捕捉能力,特别适用于具有复杂地形和阻水结构物的溃坝洪水演进案例分析。     

基于一二维耦合技术的溃坝洪水模拟研究

以印度尼西亚巴丹托鲁水电站溃坝洪水模拟为例,对于地形条件复杂的河流,利用MIKE软件基于一二维耦合技术构建溃坝洪水计算模型,对拟定的溃坝工况进行数值模拟。建立的溃坝洪水一二维耦合模型适用于不规则计算域和地形,通过引入了新的动态耦合技术,避免了采用单一模型时遇到的计算效率、网格精度和准确性方面的问题。通过数值模拟得到了溃口流量过程和下游海滩地区洪水演进过程,并对下游敏感区域进行淹没影响分析。模拟成果为水电站工程设计、溃坝洪水风险分析和灾害损失评估提供了技术支撑。     

溃口近区二维数值模拟与溃坝洪水演进耦合

基于黏土心墙砂石坝的溃决过程,以及溃坝洪水传播和运动的特性,建立黑河金盆水库大坝溃口近区二维数值模型和下游地区溃坝洪水演进耦合数学模型。使用DAMBRK法计算逐渐溃坝,并应用其结果进行后续模拟。采用Abbott-Ionescu六点隐式有限差分格式求解一维模型,采用单元中心的有限体积法求解二维模型方程。采用侧向连接方式,将黑河两岸计算水位点与二维网格单元相连,实现一、二维模型的耦合。采用所建立的二维模型对溃口近区进行计算与模拟,得到计算区域某一时刻的水深及流速分布。应用所建耦合模型对黑河金盆水库万年一遇入库洪水漫顶致溃坝洪水进行数值模拟,得到一维河道内各断面的水位和流量变化过程,以及二维计算区域内不同时刻的水深分布图、流速矢量图和淹没范围变化过程。溃口的形成过程不仅包括漫顶水流的直接作用,同时包括溃口形成过程中两侧漩涡状水流的反冲刷作用。耦合模型可以同时兼顾河道内的水流变化以及河道外计算区域内的洪水演进过程,从而减少由于计算结果偏大或偏小所带来的防洪资源浪费和防洪措施不利等不良影响。     

基于双层规则化的渠道地面网格模型

将网格分成内部网格和外部网格两个层次,以适用于渠道设计这种不规则带状地形的应用。算法将渠道经过的地面模型划分成大小相等的正四边形外部网格,对于每个有地形数据点的外部网格进一步划分成小的内部网格。这样可以利用网格坐标和顶点高程,实时计算任意点地面高程。     

河道湖泊地形的数字重构研究

以鄱阳湖实测地形散点、河道大断面及SRTM基础数据,结合遥感图像判断河道主流线、滩槽分界线,开发了由CAD格式河道大断面线性数据提取河道高程结点并转化为含地理信息高程结点的算法。采用正交网格曲线插值算法完成了河道断面曲面内插高程结点,重构了鄱阳湖流域湖泊及河道的数字地形。重构后的地形数据与实测数据相比较在河槽高程、形态及面积吻合较好;能满足在数字地球模型上进行三维仿真的需要,表明该方法的具有可行性和实用性。     

河道矢量化的深弘演进模型研究

本文在已有的源头追索模型的基础上，建立了更有效的栅格河道矢量化方法——深弘演进模型。该模型利用电子地图的河网图层与数字高程模型（DEM）叠加形成复合数据，以栅格化河道最低点的轨迹来确定流向，通过计算并比较研究区域的特征高程依次筛选出研究区域可能的出口，并由其向上游扩展确定邻接河网栅格的流向。该方法综合考虑了流域的地形走向和其中的河网特性，可以避免局部的资料“噪音”等高程波动对流向确定的干扰。模型利用多分支判断和带指针的记忆链算法在计算机中自动完成。该模型最大限度的利用了当前信息，提高了计算结果的期望精度。     

大范围地形及城市三维快速建模与漫游

大范围地形及城市三维建模,不仅包括地表高程网格构建,还包括场景中各种地物如河流、建筑物、湖泊、森林等的建模,所需的数据量比较大,涉及到的数据种类和格式较多。用传统的方法实现整个大范围城市场景的三维浏览功能时,建模的工作量很大,一般无法实现快速建模。介绍了Terra Vista在地形建模方面的强大特性以及OSG开源图形库在三维渲染方面的独特品质,结合一个城市大范围地形三维漫游系统,具体说明了如何准备数据并利用Terra Vista的强大地形建模能力,以及OSG的三渲染功能实现大范围城市三维系统的快速建模及流畅漫游。     

基于Google Earth的分蓄洪区水沙模拟与演示系统研究

基于Google Earth软件平台,建立了分蓄洪区平面二维水沙演进模拟系统。系统采用数字高程模型(DEM)地形数据插值技术,能快速、简单地完成模型的数据处理;模型采用非结构网格的有限体积算法,能进行快速计算并保持水量和动量的守恒;后处理基于Google Earth软件平台,能实现计算成果在三维虚拟场景中的动态演示。模型系统在荆江分洪区得到成功运用,能适应紧急情况下的快速计算,可为分蓄洪区防洪决策与抢险提供参考。     

基于GoogleEarth的分蓄洪区水沙模拟与演示系统研究简

 基于Google Earth软件平台,建立了分蓄洪区平面二维水沙演进模拟系统。系统采用数字高程模型(DEM)地形数据插值技术,能快速、简单地完成模型的数据处理;模型采用非结构网格的有限体积算法,能进行快速计算并保持水量和动量的守恒;后处理基于Google Earth软件平台,能实现计算成果在三维虚拟场景中的动态演示。模型系统在荆江分洪区得到成功运用,能适应紧急情况下的快速计算,可为分蓄洪区防洪决策与抢险提供参考。     

基于网格坡向要素影响的分布式水文模型研究应用

针对西北内陆高寒山区的水文、气象特点,本文以网格为最小单元将流域离散,通过分析同一高程网格坡向不同及其对到达地面太阳短波辐射通量的影响,提出地形要素差异导致地面冷热源再分布,调控融雪出流量,继而将坡向判断也作为系统重要输入项之一嵌入到模型计算中,最后通过在每一栅格单元上采用融雪型新安江产流模型与SCS汇流模型,构建整个流域的分布式水文模型。该模型在甘肃省石羊河流域进行模拟研究,其结果令人满意。     

基于非结构网格的分蓄洪区水沙演进数学模型研究

基于非结构三角形网格,采用有限体积算法,建立了分蓄洪区水沙演进数学模型.模型网格能很好适应分蓄洪区复杂的边界条件,应用了DEM数字模型插值技术,能快速获取计算域的地形数据,实现了洪水演进过程中泥沙输移和河床冲淤变形的同步模拟.模型中还对网格划分、数值离散、动边界及干河床处理等关键技术进行了研究,并提供了相应的处理方法....     

地理信息系统和数字高程模型在河口滩涂地形冲淤分析中的应用

采用1982年至2002年长序列长江口滩涂地形图纸资料，使用地理信息系统（GIS）进行地形图纸的数字化，建立不同时相河口滩涂地形数字高程模型（DEM），定量地提取滩涂地形的特征参数和分析滩涂地形冲淤演变规律。     

基于正交试验选优的湖底地形分区插值方法

为降低湖底高程采样点变异较大对插值计算的影响,获得精度较高的湖底地形,将高程采样点变异程度对插值的影响引入普通的反距离加权插值法中,提出了考虑高程采样点变异程度的湖泊地形分区插值方法。通过正交试验优化方法,得到各分区反距离最优幂值。以太湖为研究实例,对比了几种插值方法对太湖湖底地形的插值效果。结果表明分区域反距离加权插值法具有良好的适应性:在高程方面,经实测验证,其均方根误差最小;在库容方面,该方法与克里金法、反距离加权插值法、自然邻域法相比,平均相对误差分别减少0.97%、0.90%、1.37%,插值效果明显更优。因此,在湖泊地形起伏较大情况下,分区域反距离加权插值法能够获得较高精度的湖底形态,可用于不同类型的湖底地形插值计算。