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1.
针对溃坝水流数值模拟面临的复杂地形和不规则边界等问题,基于结构网格建立了适应复杂地形和不规则边界的溃坝水流数值模拟有限体积模型（HydroM2D）。模型基于具有守恒特性的二维浅水方程,利用HLLC格式的近似Riemann解计算网格界面通量,利用MUSCL-Hancock法不断向前积分,使模型在时空上具有二阶精度;对源项进行离散处理确保模型的稳定性;模型引入有效干湿边界和不规则地形边界处理方法,准确模拟了干湿单元的动态交替和复杂边界上的水流特性。最后分别利用水槽试验、物理模型和实际算例对模型进行验证。结果表明,该模型对不同情景下的溃坝洪水模拟结果和实测资料以及现有模型模拟结果具有较高的一致性,模拟精度较高,稳定性较好,具有推广应用价值。 相似文献
2.
提出了一种河道滩地洪水淹没分析的多分辨率处理方法。该方法首先利用有限元数值求解二维浅水方程,模拟河道水流运动,并利用干湿判断处理河道动边界,获得不同流量情况下的河道水面线沿程变化;然后以水面线切割河道滩地高精度DEM(数字高程)地形,利用图像分割及区域生长法识别陆域和水域。该方法实际应用于南渡江下游河口段的滩地洪水淹没分析,有效将二维浅水模拟的低分辨率网格(10m精度)和局部滩地高分辨率地形(2m精度)结合,获得了高精度的淹没范围计算结果。 相似文献
3.
利用有限元方法进行大地电磁正演数值模拟时,由于是在有限网格区域上的数值计算,模拟计算时的网格边界为截断边界,而有限元数值模拟时的大地电磁场边界条件需要在足够远处才能够满足,所以截断边界的存在可能会使大地电磁正演模拟的边界条件无法满足,致使对计算结果和计算精度产生影响。利用有限元二维正演程序,在网格边界处加载一维情况下的大地电磁场,然后固定研究区域的网格剖分,并对一维地电模型和二维地电模型在改变有限元网格边界大小的情况下进行计算。在对一维模型进行模拟计算时,截断边界对边界条件没有影响,边界条件自然满足。而对二维模型进行模拟计算时,截断边界的存在对计算结果有较大影响。利用趋肤深度作为有限元网格边界变化的量度,通过改变网格边界大小,对不同的二维地电模型进行计算比较,总结出适合大地电磁有限元正演模拟的参考网格边界。 相似文献
4.
复杂边界下的流场数值模拟常基于非结构化网格进行求解,建立一种在非结构混合网格上求解水深平均的二维浅水方程的模型,以便精确模拟复杂边界、提高计算效率。该模型时间项离散采用隐格式使得模型具有较好的稳定性,对流项和扩散项分别采用总变差减小(Total Variation Diminishing,TVD)格式和构造辅助点的方法来离散,同时采用水深平均的标准 k-ε模型来封闭湍流模型。选用两个经典验证算例检验模型,计算结果表明,基于非结构混合网格开发的模型具有较高的精度,且收敛性能较好。 相似文献
5.
为分析冰湖溃决洪水过程,建立了一个二维非恒定流数值模型,可以定量的开展冰湖溃决洪水预测.数值模型的基本控制方程采用二维浅水水流方程,数值方法采用可以捕捉激波的WAF TVD二阶精度格式,并用非界面追踪的方法处理干湿边界.通过理想情况下一维解析解的验证和二维复杂地形情况的数值试验,证明数值模型具有较好的精度和可靠性,并且可以适应复杂地形.将数值模型应用于一个典型的冰湖溃决事件,定量地预估了该冰湖溃决洪水过程,结果表明:水流流速很高,床面剪切应力很大,可能诱发活跃的泥沙运动,形成泥石流灾害. 相似文献
6.
针对溃坝洪水数值计算面临不规则边界和复杂地形等问题,建立了三角形网格下求解二维浅水方程的高精度Godunov型有限体积模型.空间上,引入变量重构和限制器技术,采用HLLC近似Riemann算子计算数值通量;时间上,采用Hancock预测-校正法.将底高程定义于单元顶点,结合单元水位～体积关系,提高了干湿界面处理能力.采... 相似文献
7.
为高效高精度地模拟流域雨洪过程,应用动力波法求解二维圣维南方程,并耦合水文过程,建立了包含流域降雨产流、汇流、下渗以及洪水演进等过程的高性能流域雨洪数值模型。该模型的优势在于使用非结构网格,可较好地处理不规则边界,准确贴合复杂地形表面,使得模型能精确计算模拟流域雨洪过程,同时引入GPU技术加速计算,使得大尺度流域雨洪计算成为可能。最后,将模型应用于V型经典算例及2个实际流域雨洪算例,所得结果与实测吻合较好,计算所用时间较短,表明该模型可以快速且精确模拟流域雨洪过程。研究结果有助于实现对实际流域雨洪灾害进行合理高效的预测,为应急抢险工作提供有力支撑。 相似文献
8.
为了更好地把握溃坝洪水风险,减小因溃坝洪水而造成的人员生命和财产损失,建立了基于Godunov格式的一维、二维溃坝水流耦合数学模型。一维溃坝水流模型采用HLL格式的有限体积法求解,二维溃坝水流模型采用基于非结构网格的Roe格式离散求解,在一维、二维模型的链接处采用重叠计算区域的方法实现一维模型和二维模型之间的水力要素信息交换。经弯道溃坝算例和断面突变溃坝算例验证,该耦合模型具有良好的可靠性和适用性,验证后的耦合模型为大尺度的溃坝水流数值模拟打下了基础。 相似文献
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针对波浪数值模拟中基于矩形网格的数值方法在深水到浅水的网格间距选择与复杂边界处理上的缺陷,以及基于正交曲线网格和无结构网格的数值方法前处理工作复杂的问题,引入最近在计算力学中发展起来的无网格法——径向点插值法,对经典的双曲型缓坡方程进行空间离散,并在时间上采用四阶Adams-Bashforth-Moulton格式求解建立近岸波浪传播数学模型,通过椭圆形浅滩地形和环形河道的波浪传播计算验证,表明该无网格方法可较为有效地模拟近岸波浪的传播变形,且在处理复杂边界时具有较高的精度. 相似文献
10.
针对当前复杂环境水流模拟的需求,建立了新型的基于特征型高分辨率数值算法的三维非结构网格浅水动力模型。模型采用有限体积法离散sigma坐标下的三维浅水方程,运用Roe黎曼近似解评估水平界面通量。模型网格拟合边界能力强,可根据需要局部加密;格式数值性能优良,具有守恒性、单调迎风性、高数值分辨率等特性。同时,应用干湿判别法处理动边界,以适应浅滩地形漫/露过程模拟的需要。封闭水池内部风生环流、干河床上溃坝过程和长江口实际潮流场的模拟从不同侧面展示了模型的特点,结果表明它能够准确地预测水流的三维流动结构,而且计算简单高效,具有良好的数值稳定性。 相似文献
11.
Hydrodynamic models have been widely used in urban flood modelling. Due to the prohibitive computational cost, most of urban flood simulations have been currently carried out at low spatial resolution or in small localised domains, leading to unreliable predictions. With the recent advance in high-performance computing technologies, GPU-accelerated hydrodynamic models are now capable of performing high-resolution simulations at a city scale. This paper presents a multi-GPU hydrodynamic model applied to reproduce a flood event in a 267.4 km2 urbanised domain in Fuzhou, Fujian Province, China. At 2 m resolution, the simulation is completed in nearly real time, demonstrating the efficiency and robustness of the model for high-resolution flood modelling. The model is used to further investigate the effects of varying spatial resolution and using localised domains on the simulation results. It is recommended that urban flood simulations should be performed at resolutions higher than 5 m and localised simulations may introduce unacceptable numerical errors. 相似文献
12.
为分析设计暴雨雨型对城市内涝的影响,应用耦合了水文和水动力过程的数值模型,以陕西省西咸新区为研究区域,对不同重现期及峰值比例设计暴雨条件下的内涝过程进行模拟,并对内涝积水总量、不同积水深度内涝面积等量值进行对比分析。结果表明:设计暴雨重现期短于20年时,峰值比例较小的设计暴雨内涝积水总量较大,而重现期长于20年时,规律相反;除2年一遇设计暴雨外,峰值比例较大的设计暴雨致涝总面积较大,但其中影响严重的Ⅳ级致涝面积较小;设计暴雨峰值比例越小,重现期越长,积水总量峰值时刻相对于暴雨峰值时刻的迟滞时间越长。揭示了暴雨雨型与内涝积水程度的量化规律,对更合理地开展城市雨洪管理工作具有指导意义。 相似文献
13.
Urban pluvial flash floods have become a matter of widespread concern, as they severely impact people’s lives in urban areas. Hydrological and hydraulic models have been widely used for urban flood management and urban planning. Traditionally, to reduce the complexity of urban flood modelling and simulations, simplification or generalization methods have been used; for example, some models focus on the simulation of overland water flow, and some models focus on the simulation of the water flow in sewer systems. However, the water flow of urban floods includes both overland flow and sewer system flow. The overland flow processes are impacted by many different geographical features in what is an extremely spatially heterogeneous environment. Therefore, this article is based on two widely used models (SWMM and ANUGA) that are coupled to develop a bi-directional method of simulating water flow processes in urban areas. The open source overland flow model uses the unstructured triangular as the spatial discretization scheme. The unstructured triangular-based hydraulic model can be better used to capture the spatial heterogeneity of the urban surfaces. So, the unstructured triangular-based model is an essential condition for heterogeneous feature-based urban flood simulation. The experiments indicate that the proposed coupled model in this article can accurately depict surface waterlogged areas and that the heterogeneous feature-based urban flood model can be used to determine different types of urban flow processes. 相似文献
14.
建立机理和空间明确的城市模拟模型，对刻画我国城市未来情景、推演城市增长的环境影响、解释城市增长复杂性具有重要意义。现有的城市模拟模型偏重于对单个城市或城市区域进行模拟，大多缺乏可靠的经济学基础。通过有效集成CGE模型、GIS空间分析和格网动力学模型，采用多区域可计算一般均衡模型将分散的城市模拟模型连接成为相互作用的“城市模型体系”，提出一个经济机理和地理参考明确的、多维度、多尺度、可运行的中国城市未来模拟模型框架，阐述其假设、逻辑、主要内容与关键技术。 相似文献
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为克服基于"LINK-NODE"计算模式的排水管网模型不能细致模拟管道内部水流运动过程的缺陷,采用Preissmann窄缝理论开发完成了一套新的基于Godunov有限体积格式的一维排水管网水动力模型。模型采用HLL近似Riemann解计算单元界面处的数值通量,细致区分了管网节点水位对与其相连接管道的不同影响,并采用严格的质量守恒方程和特征线理论来更新管网节点水位。通过3个经典算例验证了模型能够很好地模拟有压瞬变流和瞬变混合流等复杂管网流态,具有良好的精度和稳定性。将模型应用于陕西省西咸新区天福和园小区实测场次降雨排水过程模拟,取得了理想的计算结果。新研发模型可提供所有计算单元中心和管网节点处的水力要素变化过程,为精细化城市洪涝过程模拟奠定基础。 相似文献
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城市规划不仅需要适应区域气候，更需要通过城市自身的合理空间配置来缓解因城市化引起的城市大气环境问题，因此，加强城市景观格局大气环境效应的研究对于提高城市规划的水平具有重要的意义。从城市下垫面的大气环境效应、大气数值模式、遥感应用技术以及城市规划的气候适应性等方面综述了城市景观格局的大气环境效应的研究进展，并分析了城市景观格局的大气环境效应应用于城市规划面临的主要问题。尽管城市景观组分的大气环境效应已经得到充分认识和应用，但是景观组分的空间组合，即城市景观格局对城市大气环境的影响及其应用研究仅仅处于起步的阶段。为了推动城市景观格局的大气环境效应研究并应用于城市规划之中，除了需要深入研究“格局影响过程”的机制外，还需要重点解决2个问题：一是寻找能够用来研究城市景观格局与大气环境相互作用的格局参数；二是确认具有一般意义的理想城市景观格局模式。 相似文献
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Understanding factors that drive urban growth is essential to cellular automata (CA) based urban modeling. Multicollinearity among correlated factors may cause negative effects when building CA transition rules, leading to a decrease in simulation accuracy. We use a nonparametric generalized additive model (GAM) to evaluate these relationships through flexible smooth functions to capture the dynamics of urban growth. A GAM-based CA (termed GAM-CA) model was then developed to simulate the rapid urban growth in Shanghai, China from 2000 to 2015. GAM highlights the significance of each candidate factor driving urban growth during the past 15 years. Compared to logistic regression, the GAM-CA transition rules fitted the observed data better and yielded improved overall accuracy and hence more realistic urban growth patterns. The new CA model has great potential for capturing key driving factors to simulate dynamic urban growth, and can predict future scenarios under various spatial constraints and conditions. 相似文献
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城市内涝的高效模拟对于降低内涝灾害影响、制定防灾减灾措施具有极其重要的意义。本文提出了基于雨篦子耦合地表与管网的城市降雨-产汇流-内涝全过程高效模拟方法, 结合常州市双桥浜城市产汇流与内涝试验基地监测数据, 分别构建了基于高效模拟算法和二维水动力算法的城市内涝模型。根据监测数据对所构建的模型进行了率定与验证, 并分析对比了2种算法在不同降雨事件中的精度与可靠性。结果表明: 太湖流域模型中基于雨篦子的城市水文特征单元高效模拟方法能够较为真实地反映城市内涝的具体特征, 且在模型参数一致的前提下, 其计算效率约为二维水动力算法的780~1 275倍, 能够对城市内涝情况进行快速模拟。 相似文献
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在水量平衡及物料平衡的基础上,利用概念性模型,预测了山西省大同市近几十年的地下水污染情况,并结合模型结果,讨论了地下水恶化的主要原因是地下水超采形成降落漏斗、污水灌溉,以及有些地区不允许已使用过的地下水出境等。本文的研究可为地下水水质保护工作提供科学依据。 相似文献
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To reconstruct deep fluid chemical composition and increase the confidence in estimated reservoir temperatures, a more integral geothermometry method was compared to other classical geothermometers. Here, we apply the integrated multicomponent geothermometry (IMG) method using the GeoT code to estimate reservoir temperatures at the Tengchong geothermal field in Southwestern China. Results show reservoir temperatures calculated using the quartz geothermometer are closest to those estimated with the IMG method. The concentrations of Al and Mg, as well as selected minerals for geothermometry computations, are key factors for successfully using the IMG. Using the IMG method together with classical geothermometers can significantly increase confidence in reservoir temperature estimations. The methods presented and simulation program used here may be useful for analysis of other geothermal fields under similar conditions. 相似文献
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