暴雨洪水管理模型的城市内涝淹没模拟

为解决暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM)无法模拟城市地表淹没过程的问题,提出一种改进SWMM的内涝灾害模拟方法.该方法通过改进SWMM模型的构建方式,将城市地表数字高程模型(digital elevation model,DEM)数据概化为水池并输入到模型中进行模拟,使得溢流水体可以沿着水池底部地形流动,并依据模拟结果和DEM数据计算出城市地表的淹没过程.通过实例对此方法进行了验证.研究结果表明:通过本文方法可以利用SWMM模拟出城市地表的淹没深度和淹没范围,实现了内涝灾害模拟,为城市内涝防治研究提供了参考依据.     

基于ArcGIS的东平湖洪水淹没场景三维可视化

对实现洪水淹没场景模拟的三维可视化方法进行研究,以东平湖的洪水淹没演进为例,以Arc-GIS9．0为开发平台,利用ArcGIS的3D扩展模块,在ArcScene中由地形图构建东平湖的数字高程模型（DEM）,使用ArcScene实现了各个时刻东平湖的洪水淹没演进过程和周边场景的动态模拟．该方法所有操作都在ArcGIS中进行,自动化程度高,方便,快捷;同时在研究洪水淹没分析方面,具有一定的借鉴意义．     

基于GIS的洪灾淹没损失计算方法

根据洪水水流特性和边界条件,研制适合洪水水流的计算模型,在GIS平台上把该模型与DEM以及各专题图的图层进行集成,应用GIS的空间分析、图形显示和图形处理功能,实现了洪水灾害淹没场景的再现和计算洪水灾害的淹没损失.开发了洪水灾害淹没损失计算的软件.通过在长江的荆江分滞洪区应用,达到预期目的,证明该方法可行并具有较高准确性和实时性.     

洪水数值模拟的三维动态可视化方法

针对洪水淹没的灾害评估与应急决策管理等问题,本文结合GIS技术与Mike21软件,设计了基于Mike21计算数据的GIS洪水淹没三维动态可视化方法。基于GIS构建研究区段数字地形,建立Mike21二维洪水数学模型,确定糙率与边界条件;模拟典型工况下的来洪情况,计算洪水淹没范围、历时、水深、水位和流速等要素;通过可视化数据的提取与建筑物实体参数化建模,对研究区域三维场景融合,并采用空间数据库与属性数据库相互调用机制,实现淹没过程的动态模拟与实时信息查询。以依兰航电枢纽区段为例,设计开发了依兰航电枢纽区段洪水淹没三维动态可视化系统,能够较好地将Mike21数值模拟结果与GIS的数字地形模型进行耦合,实现洪水淹没三维可视化,为研究区段防洪决策提供数据参考。     

基于OpenGL三维河网地形与数据场的可视化

结合虚拟现实技术在数字流域中的应用,研究了数字高程模型的建立与三维地形实时绘制显示的机制.详细描述水利工程三维模型的构建及可视化仿真,在三维数字河网基础上叠加了实时计算的流场与温度场的数据,实现三维动态流场与温度场可视化.基于OpenGL环境开发的交互式可视化仿真系统形象地描绘流域内的地形场景、水利工程、河网等,对实现三维漫游、空间信息查询、洪水淹没分析和专业成果数据的可视化分析方面具有重要的作用.为分析水利水电工程建设对河道天然径流的影响,尤其是库区上下游水温方面的生态环境影响,提供了一个可视化的分析平台.     

基于GIS的宁波市三江口洪水淹没分析

三江口是宁波市的经济中心,是一个洪水灾害十分频繁的区域,因此,洪水的淹没分析对三江口的防洪减灾、洪水风险分析和灾情评估都具有重要的意义。在给定洪水位条件下,应用数字高程模型（DEM）,利用GIS进行空间分析,得出洪水淹没分析结果,同时得出淹没分析的数字地图。这些数字地图与专题地图进行集成,并通过WebGIS向用户发布,达到减灾抢险的目的。     

台风暴雨影响区域的溃坝洪水演进数值计算

针对东南沿海受台风暴雨影响流域中下游地势较低洼开阔,在台风暴雨过程中容易积水,存在大面积初始水深,出现较严重内涝的特点,建立考虑下游区域初始内涝水深的二维溃坝洪水演进数值模型.基于数字高程模型(DEM)的地形数据和矩形网格,采用有限体积法和逼近黎曼格式及逆风守恒格式求解方程,并以戌浦江流域为典型,重点分析该流域存在内涝时上游水库发生溃坝的洪水演进特点.结果表明,溃坝洪水受下游初始淹没水深的顶托,下游区域的淹没水深并不是初始淹没水深和不考虑初始淹没水深溃坝计算所得水深的简单叠加,越往下游初始淹没水深对计算结果的影响越大;如果在计算中不考虑初始淹没水深,将会明显错误地估计洪水所带来的灾害风险.     

基于MODIS和GIS的洪灾监测评估系统

在分析我国遥感技术在洪水监测方面应用的基础上,指出目前洪灾遥感监测在时效性等方面的不足.通过介绍MODIS的特点,以及与NOAA AVHRR的对比,提出建立基于MODIS和GIS的洪灾监测评估系统.利用免费、较高时间分辨率的MODIS数据,运用GIS技术,实现对不同土地利用类型的淹没情况的实时监测,为汛情的动态监测和评估提供迅速、直观、可靠的现状和变化信息.     

基于GIS和神经网络的松花江洪水淹没范围动态模拟

以松花江哈尔滨段为研究区域,依托GIS技术平台,结合神经网络中BP算法与水流扩散的基本原理,较精细地模拟出小区域范围的洪水淹没过程、不同降水量下洪水水位及淹没范围的实时变化.研究结果表明将BP神经网络与GIS技术相结合,能较好地实现洪水水位的实时动态监测,有较好的实用性和有效性.     

基于改进的Kriging法区域似大地水准面精化

利用常规的Kriging法进行GPS高程拟合时,由于模型误差和公共点误差的存在,其拟合内符合精度值并不为零。通过对已知点拟合残差进行改正得到一种改进的Kriging法来精化区域似大地水准面。通过实测数据对比改进的Kriging法与Kriging法的GPS高程拟合精度,结果表明：改进的Krig-ing法的拟合精度明显优于Kriging法,该方法能有效削弱模型误差和公共点误差引起的拟合残差。     

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梯度变化为基础设计网格划分原则,在需要高分辨率网格的计算域中检测关键地形特征以可靠地求解浅水方程,并可对局部区域网格静态加密,从而在较准确捕获水位计算敏感区的同时减少计算网格数量,降低计算成本。数值模型采用Godunov格式有限体积法进行空间离散,利用TVD-MUSCL格式将模型时间与空间精度提高至二阶,通过GPU并行技术在不降低计算精度基础上大幅提高模型运行速度。使用理想和实际案例来演示基于GPU加速的高分辨率模型在非均匀网格上的流量模拟性能,以较为准确获取洪水淹没时间及淹没面积等信息。结果表明,基于非均匀网格的高分辨率数值模型具有良好的稳定性,与均匀网格相比,在保证模拟精度的前提下,其运行速度约为均匀网格的2-3倍,计算效率在GPU加速基础上进一步提高。新模型适用于模拟复杂区域的大规模洪水演进及城市内涝过程,在实际大尺度洪水模拟中具有一定潜力。     

银川平原承压水水位监测网优化设计

由于引黄量的减少,加上银川平原区内水利工程的修建,改变了地表水和地下水的循环条件,使得地下水系统发生变化,对生态环境产生一定的影响,急需开展相关的研究工作.通过地下水动态分区法将银川平原分成了182个动态类型区,并对银川平原承压水水位监测井进行优化布设后,运用Kriging方法,对银川平原地下水水位监测井优化前后插值误差进行了计算分析.根据优化结果及误差分析,并考虑经济因素,最终确定需在银川平原布设215口承压水水位监测井.对监测井进行优化后,使得监测井能够更有效和准确地监测到地下水位在区域上的时空分布,为区域地下水资源评价、环境保护、农业规划等服务.     

2维水动力模型中入流边界优化处理方法

在极端暴雨事件频率和强度不断加剧的趋势下,防洪安全面临着极其严峻的考验,研究河道洪水演进、漫溢及淹没过程,有效评估洪水灾害风险就显得尤为重要。为精确模拟河道洪水演进过程,本文采用基于非结构网格有限体积法建立的二维水动力模型,构建了一种基于虚拟单元法的入流边界改进方法。该方法采用基于地形网格数据的纵断面提取法以近似确定深泓线的位置,从而计算出河道平均纵比降;在入流边界各网格上以均匀流的方式入流,计算出不同流量下的对应水位;依据各网格上的水深和入流边长计算权重以合理地分配流量,再结合单宽流量边界条件确定边界外侧虚拟单元上的水力要素,最后耦合至模型通量部分进行计算,实现入流模块的优化。将该方法应用于Toce河物理模型试验的模拟,在入流边界附近计算出的水位、流速和流态都更为合理;河道中各测点水位与试验数据吻合度较高,洪水到达测点时间及各点间洪水运动传播时间与测量值较为接近,纳什效率系数在0.82~0.95之间,验证了该方法的可行性和模型的准确性;并且在单机上用时86s完成计算,效率较高,表明模型能高效准确的模拟洪水演进过程。通过对入流模块的改进优化,模型可以更好地应用于洪水演进过程的模拟预警及灾情评估工作,为洪水灾害管理决策提供技术支撑。     

平面非均质性对面积波及系数的影响

以五点井网渗流单元为例,应用二维两相黑油模型对均质地层和六种不同平面非均质分布地层的水驱面积波及系数进行了数值模拟计算。结果表明,不同的平面非均质分布可导致非均质地层在同一含水率下的面积波及系数大于或小于均质地层的面积波及系数,并且使其达到完全驱替时的含水率高于或低于均质地层的含水率。在实际的油田开发方案设计中。根据不...     

中开多级离心泵效率优化计算方法

对离心泵水力效率及高效区相对宽度的优化计算方法进行研究,在水力损失模型的基础上提出基于近似模型的多目标优化计算方法. 以中开多级离心泵的优化设计为例,基于水力损失模型进行设计变量灵敏度分析,选出关键设计变量. 分别利用水力损失、完全二次响应面（RSF）、径向基高斯响应面（RBF）和克里金响应面（KRG）4种近模型优化离心泵的关键设计变量,分析4种效率优化计算方法的精确性和有效性. 结果表明：基于理论公式计算的第1种优化方法耗时少,但结果误差较大;后3种优化方法基于计算流体动力学（CFD）数值仿真分析,结果准确,其中RSF模型的结果最精确且计算时间较短. 比较3种不同近似模型的计算精度,RSF的计算结果最精确,RBF结果次之,KRG结果最差. 在设计流量下,基于RSF的Pareto最优解的扬程为83.77 m,效率为77.26%,基于RBF的Pareto最优解的扬程为83.09 m,效率为76.63%.     

基于虚拟现实技术的城市洪水演进三维可视化模拟研究

以洪水水文数学模型为核心,构建了城市洪水演进和淹没三维模拟系统,并对系统构建过程中的关键技术进行了深入研究．研究表明,将三维可视化技术与水力学模型相结合,极大地提高了模型计算结果的处理速度,对于城市防洪决策及水利工程意义重大．并以安徽省马鞍山市为应用实例,实现了城市三维地形仿真场景模拟及洪水演进分析和三维模拟．     

一种基于OMI数据的中国区域对流层O3的反演方法

近年来, 臭氧成为我国各大城市大气的首要污染物, 因此对流层臭氧产品对于监测近地面臭氧浓度十分重要, 然而现有的对流层臭氧产品不能满足高空间分辨率、高时间分辨率的监测要求.利用时空拟合法对臭氧监测仪(OMI)臭氧总量数据进行修复, 再根据对流层臭氧残差法反演中国区域的对流层臭氧总量数据, 其结果表明: 从定性的角度考虑, 时空拟合法具有更好的修复效果, 从定量的角度考虑, 时空拟合法相对于克里金插值法和反距离加权法的RMSE、MAE均较小.利用对流层臭氧残差法得到的对流层臭氧廓线数据与OMI/MLS的官方臭氧产品有着较高的相关性, 其相关系数R最高为0.82.     

基于再淹没现象的RBF神经网络和Kriging的代理模型应用及误差分析

为了将代理模型应用于核工程反应堆热工水力现象中,以再淹没现象为研究对象,构建代理模型,并通过控制实验参数的数量,来化解精度与效率之间的矛盾。首先使用拉丁超立方方法抽取输入样本,并通过RELAP5建模获取输出样本,由MATLAB分别构建RBF神经网络代理模型和Kriging代理模型,对包壳峰值温度（PCT）进行拟合。然后分析比较了2种代理模型的拟合结果,发现2种代理模型的相对误差值均小于0.15%,均适用于再淹没现象;Kriging代理模型的拟合精度高于RBF神经网络代理模型。     

基于GIS的城市建筑内涝损失和风险定量计算方法

从城市内涝的致灾因子、承灾体暴露性和承灾体脆弱性属性出发,研究基于GIS的城市建筑内涝损失及风险定量计算方法.方法整合了来自内涝模拟淹水深度、建筑物空间分布以及其脆弱性属性多方面风险影响因素,对城市内涝风险进行定量评估.对北京左安东路片区的建筑内涝损失计算实例表明,该计算方法能建立单个建筑物尺度、具有空间分布属性的内涝损失和风险量化结果,为工程减灾和制定内涝管理对策提供基础依据.