耦合高效高精度水动力模型的多组分污染物输移及衰减反应模型

为更好地模拟水污染事件中多组分污染物输移及衰减反应过程,全面耦合了基于图形处理器(GPU)加速技术的二维水动力模型与多组分污染物输移及衰减反应模型,通过改进模型源代码并在污染物输移控制方程中嵌入衰减项与反应项,建立了一个可应用于大区域复杂地形河道洪水演进全过程及多组分污染物输移和衰减反应的高性能耦合模型,同时引入GPU技术提升计算效率。将耦合模型应用于理想地形静水和两个复杂地形河道入流与溃坝算例的水质模拟,结果表明:多组分污染物输移及衰减反应过程在理想算例中的数值解与解析解基本吻合,在入流与溃坝算例中的模拟结果符合实际物理过程,模型运行速度快且计算效率高,可高效地模拟各类突发水污染事件并进行预警和评估。     

基于GAST模型的突发水污染事故中污染物输移模拟

突发水污染事故后,高效准确模拟预测是快速采取有效防控措施和制定应急预案的基础。采用基于非均匀网格的图形处理器(graphics processing unit,GPU)加速的水动力及污染物输移数值模型(GPU accelerated surface water flow and associated transport,GAST)对暴雨山洪或溃坝洪水引起的突发水污染事故中污染物输移规律进行了模拟预测。模型采用Godunov格式的有限体积法求解二维浅水方程和污染物输移方程,采用一种基于HLLC(Harten-Lax-Van Leer-contact)的近似黎曼求解器计算单元网格界面通量,采用二阶高精度格式（monotonic upstream-centred scheme for conservation laws,MUSCL）限坡线性重建和龙格-库塔时间积分法实现了二阶精度,同时采用GPU加速计算技术提高模型计算效率。算例结果表明：采用非均匀网格技术局部细化地形复杂区域生成精细网格,地势平坦区域粗化网格,大幅度减少了计算域网格数量,并且在保证模拟精度的同时,提升了模型计算效率。该模型可...     

基于非均匀网格的高效高精度洪涝过程模拟

随着计算机技术的发展,网格划分技术日趋成熟.针对变化环境下洪涝灾害频发以及实际地形范围广泛,且通常存在狭长沟道与广阔泛洪区等问题,本文建立了一套具有层次拓扑关系的结构化非均匀网格划分模型,并与基于GPU加速的高分辨率数值模型相结合模拟地表水流动过程.高质量网格影响着模型计算精度与计算效率,非均匀网格划分技术以地形高程的...     

基于复杂高密度管网结构优化技术的银川城区排水过程高效模拟方法

为高效高精度模拟大尺度城区的排水过程,掌握城市地表径流机制和管网排水规律,以银川市约310 km²的城区为研究区域,应用耦合地表径流及城市地下管网排水过程的GAST模型,结合当地污水处理厂、管网、地形和土地利用等特征,基于普适性的数字地形高程DEM数据处理、土地利用类型划分、合流制排水管网和污水处理厂概化等技术,提出了一种基于复杂高密度管网结构优化技术的城区排水过程高效模拟方法。采用理想地形和实际地形对该方法模拟的精度和效率进行了验证,结果表明：对一级支管做删除概化处理对实际的管网排水过程模拟结果影响较小,20.46 km²区域内一二维耦合节点数可削减27.8%,模型计算效率提高12.18%,且研究区域越大,计算效率提升越明显;模拟结果与实测值误差在6%以内,在保证模拟精度的同时大幅提高了计算效率。     

泥石流的数值模拟及危险性评价

泥石流具有突发性、速度快、破坏力强的特点,其运动规律研究和危险性预测,具有重要的现实意义和理论价值。基于GPU（图形处理单元）加速技术的二维水动力模型,采用二阶Godunov格式有限体积法求解方程,以确保计算精度,并使用GPU加速技术提高了计算效率。以溃坝型水槽泥石流运动特征及贵州省普洒村滑坡泥石流危险范围预测作为模拟参照,利用所构建的GAST (GPU Accelerated Surface Water Flow and Transport Model) 二维水动力模型完成泥石流理想水槽试验模拟和危险范围预测。结果表明:数值模拟与实测结果吻合度较高;GPU加速技术的应用有效解决了泥石流模拟过程中计算量大的问题,在PC机上模型运行快速高效。此模型为泥石流运动规律模拟与预测提供了新方法,为防灾减灾提供了技术支撑。     

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。