三亚市雨、洪、潮多元耦合精细化洪涝分析数值模型

三亚市作为典型的沿海城市,频繁遭受台风扫掠,暴雨和风暴潮常伴随而至,与内陆城市洪涝相比三亚市洪涝成灾因素更复杂、影响更严重。基于高精度DEM数据建立三亚市主城区暴雨、洪水与风暴潮多元耦合精细化洪涝分析模型,精细的还原计算区域内主要内边界,采用分区糙率体现不同下垫面的影响,利用干湿判别理论处理动边界,计算获得三亚市主城区不同重现期洪涝灾害易涝点、积水深度及其影响情况,研究成果对于科学指导三亚市洪涝风险分布特征及风险管理与规避具有重要的现实意义。     

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。     

太湖流域大尺度洪涝淹没仿真模型的建立及应用

利用DEM数据及GIS空间分析技术构建洪涝淹没分析模块,将圩区概化为"零维调蓄单元",实现圩区的精细化模拟,与细化后的太湖流域水文水动力学模型耦合,建立能够可靠模拟太湖流域洪涝淹没状态的数学模型.选择2016年流域性暴雨洪涝资料进行模拟验证,与代表站实测水位及实际洪涝灾情分布对比表明,构建的洪涝淹没仿真模型可靠有效.针...     

城市洪涝模型构建

正随着城市化进程的推进,中国城市洪涝灾害发生次数及其影响显著增加,近年来更受到社会各界广泛关注。中国在城市洪涝灾害应对方面进行了长期的实践探索,逐步走出了一条适合中国国情和城市特点的有效应对城市洪涝灾害的路子:一是城市普遍建立以水利(水务)部门主导的防汛应急指挥体系;二是实施城市雨污分流管网改造和     

潮排潮灌系统优化规划模型研究

本文提出了潮排潮灌系统的非线性规划与模拟技术相结合的混合模型，并在广东省伶仃洋海涂围区规划中得到应用，成果表明该模型和算法是合理可行的。     

城市洪涝仿真模型的改进与应用

已有的城市洪涝仿真模型以一、二维非恒定流水力学模型为基础,采用无结构不规则网格建模技术,在网格形心或特殊型节点处计算水位,在网格周边通道上计算单宽流量,对城市洪涝过程进行模拟。针对该模型对河道型计算单元的断面仅按矩形概化的缺点,对河道型网格水位及特殊型河道通道流量的算法进行了改进,即将原模型中的河道断面相关参数作为变量处理,使模型能反映不同类型河道断面的水位流量变化,提高对河道洪水过程的模拟精度。同时,改进后的算法更有利于模型根据城市河道的实际治理状况进行及时更新和扩展。将改进后的模型应用于济南市,其计算结果与实测资料对比表明,该模型能更合理地模拟济南市城区低洼地积水、街道行洪、铁路立交积水和河道洪水过程,计算可为济南市城区防汛预警决策提供参考信息。     

水质耦合模型分类及应用进展

水质模型广泛应用于水质模拟、预测与辅助决策,是研究水污染、治理水环境的一个重要工具。近年来国内外关注于水质耦合模型研究,它能够克服使用单个模型的局限性,提高了模拟精度。系统介绍了国内外广泛运用的三类水质耦合模型类型,主要包括多个水质模型组成的耦合模型、水文-水质耦合模型、GIS-水质耦合模型,着重介绍各耦合模型的内在发展驱动力及应用情况,讨论耦合模型在实际应用时的优越性。此外,还对水质耦合模型耦合方式的优、缺点进行总结。最后根据模型耦合方式存在的难点提出了对水质耦合模型未来发展的展望。     

基于耦合水动力模型的广州市东濠涌流域洪涝模拟

东濠涌流域位于广州市中心城区越秀区内,调研分析流域内积水点淹没成因与利用数值模拟方法研究该城市流域洪涝过程并获得一定可靠性和精度的洪涝水情信息,可为相关部门抢险救灾决策提供理论参考和科学依据。根据城市洪涝过程的水文水力学方法原理,以SWMM作为一维模型基础,采用动态链接库文件(DLL)方法耦合二维水动力模型,通过侧向、正向和垂向的连接构建耦合水动力模型,以东濠涌流域为研究区域构建基于耦合水动力模型的东濠涌流域洪涝模型并选用两场实测降雨对模型进行模拟分析。结果表明:模型在一维排水系统的排水能力与二维地表积水的模拟均具有较好的精度和可靠性。该耦合水动力模型在东濠涌流域的应用进一步证明了耦合模型连接算法的合理性和可行性,对城市洪涝模拟分析有较好的应用价值。     

北京城市精细化洪涝模型初步构建与应用

针对受极端天气和快速城镇化造成的外洪内涝频发和交替影响的现状,北京城市防洪防涝任务日益紧迫,在暴雨预报基础上进行内涝预警是防患于未然的手段之一。在此背景下,北京市分区、分步构建了城区洪涝模拟模型,包括面积约1 426 km~2主城区范围的总体概化模型以及城区内清河流域与凉水河流域的精细化洪涝模型。两套模型都分别包含河道一维、地表二维、地下管网及耦合模型。总体概化模型运行快、效率高,但模拟精度和尺度不够,精细化模型模拟尺度大、精度高,但运行慢、效率低,视关注对象和时间紧迫性等具体需求,可将精细化模型与概化模型分区域组合使用。汛期根据降雨预报进行逐小时滚动模拟计算,支撑了城市河道闸坝调度及内涝积水风险发布。另外,为满足快速分析评估需求,提前对北京市各量级、各历时设计暴雨及典型降雨过程共500多场情景进行了模拟分析,建成了降雨—内涝情景库,在河道行洪分析、管网排水分析、桥区积水台账构建等方面发挥了更广泛的作用。     

SWAT模型与MODFLOW模型的耦合计算及应用

为了准确模拟区域地下水动态变化,将地表水SWAT模型与地下水MODFLOW模型进行耦合计算。根据SWAT分布式模型的特点,以其水文响应单元(HRU)和MODFLOW模型的有限差分网格(cell)作为基本交换单元,将SWAT模型计算的地下水补给量和潜水蒸发量引入MODFLOW模型的地下水补给(RCH)模块和潜水蒸发(EVT)模块中,并将其应用于徐州市张集地区的地下水模拟计算。结果表明,SWAT模型与MODFLOW模型的耦合计算能准确模拟和预测该地区的地下水水情及其地表水和地下水之间的相互作用。     

城市洪涝模型及CPU-GPU异构并行计算技术研究进展

在全球气候变暖和城市化背景下,城市洪涝问题日益严峻。为尽可能减少城市洪涝灾害造成的损失,提高城市对突发性强降雨事件的应急处理水平,开展城市洪涝数值模拟技术研究具有十分重要的意义。本文从城市洪涝精细化和高效模拟角度出发,综述了城市洪涝模型、CPU-GPU异构并行计算的研究进展,系统总结了产汇流模型、一维河道/管网模型、二维地表模型、耦合模型、快速城市洪涝模型的构建方法和CPU-GPU异构并行计算的关键技术。针对当前城市洪涝模型研究中的不足之处,需要开展城市洪涝过程全物理机制模拟研究,深入分析全水动力城市洪涝模型的适用性、模拟精度和计算效率;还需基于异构并行计算技术,实现城市洪涝模型一维河道/管网、二维地表淹没的快速模拟,为城市暴雨洪涝精细化与高效模拟奠定基础。     

WRMM模型与地下水利用模型耦合研究及其应用

在运用WRMM模型的基础上,综合考虑地下水利用及污水回用等,将地下水利用模型和污水回用模型分别与WRMM模型耦合,形成适用于干旱区的水资源管理模型,并应用于乌鲁木齐市水资源综合规划中,效果良好。     

感潮平原河网水流水质计算模型应用研究

根据平原河网在不同水文时期关注的目标,应用建立的水流水质计算模型,对研究区历史发生的5场洪水水流进行了验证,并对现状枯水期水流和水质进行了计算。结果表明,模型对洪水水流预报和枯水水流及水质计算都能达到较高的精度。通过研究区河网水环境现状验证,提出了枯水期相应的水质改善方案,为地区河网水资源的综合利用及水环境管理提供了决策依据。     

二维地表水动力模型与SWMM耦合研究及应用

在高性能高分辨率的二维地表水动力模型基础上,将SWMM模型模拟得到的地下管网节点溢流情况,作为二维地表模型的源汇项,耦合地表二维水动力模型与地下管网模型,对城市暴雨内涝进行模拟。结果表明:该方法无时间尺度问题、数据交换方便,易于实现地表二维水动力模型和地下管网模型的耦合,模拟结果准确。     

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。     

SWMM模型在城市规划阶段洪涝安全评估中的应用

我国许多城市的建设过程就是一个不断拓展城市边界的过程,原有地块的用地性质被改变,不透水的硬质化面积越来越多,不可避免地改变了地块原有的径流过程,造成愈发突出的城市洪涝安全问题;为应对城市建设中规划的用地性质被调整后可能造成的洪涝安全威胁;在缺乏实测水文资料及基础数据的情况下,以广州市某地块为例,建立地块的SWMM模型进行内涝安全评估,并综合分析地块及周边地块洪涝风险,确定地块洪涝风险等级;对比调查资料和已有洪涝风险成果,经过参数率定后的SWMM模型能客观反应海绵设施和雨水管网对地块内雨水的调蓄和排放过程,模型模拟结果较为合理,在城市控制性详细规划调整阶段可以利用SWMM模型对评估地块展开洪涝安全分析,为评估地块用地性质调整后洪涝风险提供科学的参考依据。     

旱地农田水肥交互作用及耦合模型研究

随着我国人口增长和人均资源的逐年减少,我们已直接面临到非常严峻的土壤、水和肥料资源问题,商品粮生产基地的东北地区出现了水分亏缺、养分亏缺等日益严重的问题。针对这些问题,我国自“八五”以来,把“旱地农田水肥交互作用及耦合模式研究”作为攻关重点专题,通过国内外的研究现状对未来的水肥耦合的研究趋势作出了宏观的分析。     

基于水文水动力学耦合的洪水预报模型研究及应用

为了提高下垫面变化剧烈流域的洪水预报精度,在传统流域水文模型的基础上耦合水动力学模型,建立水文水动力耦合洪水预报模型。首先利用水文模型获得某一断面的流量过程作为水动力学模型的边界条件;之后利用一维水动力学模型进行河道洪水演进计算,推求流域出口断面的流量过程;最后以烟台市外夹河流域为例进行验证。结果表明,所建水文水动力耦合模型模拟的产流合格率较高,流量过程与实测值吻合,在一定程度上弥补了集总式水文模型不能考虑河道内复杂水流运动的不足,因此对具有复杂水文、水力条件的流域的洪水预报具有重要的指导意义。     

北京城市洪涝模型建设与典型示范

伴随城市快速发展,城市不透水面积持续增加,使得在同等降雨条件下流域内洪峰流量增加、峰现时间缩短,洪涝灾害威胁扩大。城市水利工程众多,虽然城市排水管网和河道都经过全面整治,但随着城区面积增加,城区防洪排涝河道和管网的服务范围、下垫面状况、排水单元和沟渠、支流发生了显著改变,河网的产汇流过程也发生了较大变化。针对城市洪涝灾害发生的复杂性和不确定性特点,提出北京市洪涝模型构建技术框架,并以清河流域为典型流域构建洪涝模型,分别从不同下垫面和降雨条件下河网排洪能力复核、河道防洪预警指标细化、城市洪涝风险量化等方面构建基于洪涝模拟的城市防汛安全调度技术体系。     

生态水力学耦合模型及其应用

生态水力学是研究水动力学和水生态系统动力学之间相互作用的一门新兴的交叉学科.它一方面研究水力条件的改变对水生态系统平衡以及生物多样性的影响,另一方面研究水生态系统的演变对水力情势的反作用.生态水力学模型是探讨这些复杂过程的有力工具,甚至可以用来评价生态恢复方案的效率.本文论述了生态水力学的研究目的和范围,并从三个方面阐述了建立耦合生态水力学模型的思路和方法,包括模型模式融合、模型方法集成和时空尺度耦合.模型在莱茵河下游生态栖息地评价和荷兰Veluwe湖沉水植物竞争性生长模拟等实例中的应用表明耦合生态水力学模型有很好的应用前景.