卫星通导遥技术在数字孪生流域建设应用潜力与初探

基于通信、导航、遥感(简称“通导遥”)卫星平台的信息采集和传输技术在数字孪生流域建设中具有重要作用,是支撑数字孪生流域高效水利感知网建设、高精度数据底板更新和高保真动态仿真模拟有效手段和重要途径。国内数字孪生流域研究与建设工作已经初见成效,但水利监测网仍然面临水利数据感知要素少、频次低和传输不及时等问题,难以满足物理流域的实时监控和高保真仿真模拟的需求。首先梳理了卫星通导遥技术在水利业务中的应用进展,分析了当前数字孪生水利平台建设面临的挑战;其次,结合卫星通导遥技术优势,提出卫星通导遥融合应用的数字孪生流域框架,设计基于卫星通导遥融合的新型水利信息系统,该系统主要包括空天地一体化水利感知网与宽窄带融合星地一体化水利通信网两个子系统,为数字孪生流域建设提供一体化全覆盖信息支撑;最后,结合吉林市数字孪生水库建设实践,开展了卫星通导遥融合的新型水利信息系统与数字孪生水利工程的应用初探,结果表明卫星通导遥融合应用可支撑数字孪生水库防洪“四预”实时感知和动态模拟。     

黄河水库下游河段洪水影响规律数值模拟研究

为探究黄河水库下游洪水演进水力要素规律,以水力学方法为基础,构建了一、二维耦合的水动力数值模型,对不同重现期设计洪水过程演进过程进行模拟,并提取关键断面水力要素值,分析其变化规律。结果显示,通过模型验证和模拟结果合理性分析发现,所用模型适用于黄河水库下游洪水演进过程;基于一、二维耦合水动力模型对不同洪水重现期条件下黄河水库下游洪水水力要素进行模拟,随着洪水重现期的增大,淹没水深及面积逐渐增加,沿程漫溢点增多。通过对不同重现期洪水条件下沿程关键断面水力要素的提取及模拟结果分析表明,在各重现期洪水条件下,最低及最高水位沿程呈现线性规律,且随着洪水重现期的增加,沿程最高及最低水位均呈现增加的趋势,如在10年一遇洪水重现期条件下,黄河水库下游4 km断面处最高、低水位分别为255.43、252.84 m;当洪水重现期增加至50年一遇时,该断面处最高、最低水位增至256.89、253.34 m。根据最大水深最短时间范围信息绘制危险区包络图,结合GIS空间分析技术,划定了避洪转移路线和安置区,可为研究水库下游洪水影响规律及洪水风险区的防洪避险决策方案提供支撑。     

基于BIM+GIS的水库下游洪水模拟与可视化方法

为有效推进水旱灾害防御高质量发展，国家大力支持智慧水利建设。基于此，为实现水库下游洪水演进过程快速模拟及三维立体可视，基于一、二维耦合水动力模型及三维倾斜摄影、BIM、GIS技术构建水库下游洪水模拟与可视化方法，以吉林市碾子沟水库为例，对不同重现期设计洪水条件下水库下游洪水进行快速模拟，并在真实三维场景下对洪水演进过程及淹没区范围、淹没历时及淹没水深等洪水要素信息进行全景映射表达和交互查询分析展示。结果表明：在各重现期设计洪水条件下，洪水模型计算稳定，各方案模型计算相对误差均低于10^-6数量级，可知计算结果合理且满足工程要求，同时可实现洪水演进过程三维全景展示和灾害信息分析与交互查询。研究可为水库下游洪水风险决策提供支撑，提升洪水灾害防范能力，为智慧水利建设提供解决方案。