基于MIKE模型的水库溃坝洪水计算

水库的溃坝洪水模拟,旨在遇突发事件时,能够及时对险情作出研判,提前转移水库下游人民群众,降低可能溃坝事件发生后下游的经济损失及人员伤亡。本文以武汉市道观河水库为例,耦合MIKE11Erosion-Based模型和MIKE21水动力模型进行了不同溃口大小、不同溃坝历时工况下的溃坝洪水计算。模拟结果显示,道观河水库溃坝后影响范围包括道观河管理处、徐古镇、旧街街道、辛冲镇等,影响人口约7.1万人,耕地约4280hm^(2)。

耦合梯级水库应急调度与溃口洪水过程演进分析

现有研究没有综合考虑流域梯级水库群溃坝应急调度与超标洪水河道演进模拟。本文将防洪调度和溃坝洪水演进计算结合起来,同时基于一维圣维南方程组,结合有限体积法、追赶法等方法,提出了一种适用于梯级水库群洪水演进的通用快速计算模型。该模型以调度结果作为洪水演进计算的边界条件,并根据实测资料对模型参数进行率定,实现了对洪水在河道内传播过程的精确模拟。以汉江流域断面实测数据与泉河流域的两座梯级水库为例,验证了所建立模型的合理性与准确性。结果表明,本文建立的快速计算模型能够实现对溃坝洪水河道演进全过程的精确模拟,并计算溃坝洪水影响范围与到达时间,有利于流域防洪减灾保障体系的构建,具有实际推广和应用价值。

一维数学模型在河道洪水演进中的应用

河道洪水演进是典型的非恒定流现象,在洪水演进模型中必须采用非恒定水流数学模型。本文介绍了平面一维水流数学模型的建立,其理论依据为圣维南方程组,并选取隐式差分的方法进行求解。

一种提高河道演算稳定性及计算效率的TVD格式的研究及应用

在洪水演算中,使用Muskingum-Cunge-Todini(MCT)方法进行差分求解时通常会出现非物理的振荡、负流或突变式增长等现象,将一个TVD(Total Variation Diminishig)限制器引入到MCT方法中,来保证其数值解的“总变差减小”,从而提高MCT方法的稳定性。将TVD格式以及一阶精度的MCT方法用到了XAJ-DCH模型中,相比于模型中原有的二阶精度的MCT方法,引入了TVD格式以及一阶精度的MCT方法之后出现不稳定的场次洪水明显减少,且能达到与二阶精度的MCT方法相似的模拟效果。另外,原有模型在1996060100号洪水需要时间步长为200 s才能保持稳定,由于引入TVD限制器和一阶精度的MCT方法以后,可以使用3600 s作为河道演算时间步长,而场次洪水的模拟时间可以由原来的3 min左右缩短为1 min左右,模型的模拟效率得到明显提高。

多策略融合改进的沙猫优化算法及其在非线性马斯京根模型参数估计中的应用

针对广义非线性马斯京根模型在河道洪水演进中参数估计精度低及易陷入局部最优解的问题,文章提出一种多策略融合改进的沙猫优化算法(MSCSO),以提高洪水演算的精准程度。首先,利用Logistic混沌映射等策略提升原算法寻优能力;其次,通过与沙猫优化算法(SCSO)、灰狼优化算法(GWO)及正余弦优化算法(SCA)对比,验证MSCSO在寻优性能上的优势;最后,将其应用于广义非线性马斯京根模型参数优化。实验结果表明:MSCSO算法有效提升模型精度,具有广泛的应用前景。

基于洪水模拟和预报的三维仿真系统设计

基于河道洪水模拟与预报的三维仿真是了解当前和未来洪水运动过程和洪水风险程度的重要手段,采用TOPKAPI分布式水文模型和水力学河道洪水演进方法预报沿程各断面水位过程,综合运用RS、GIS技术建立三维地形图,以Unity3D为平台搭建三维场景模型,运用广度搜索算法搜索不同水位下的河道边界、三维种子填充算法对洪水淹没区域进行填充,综合模拟洪水运动过程,通过在浙江省钱塘江流域上的应用,验证了系统的可靠性和科学性。

改进哈里斯鹰优化算法及其在变指数非线性马斯京根模型参数优选中的应用

针对非线性马斯京根模型在河道洪水演进中参数率定效率及精度不高等问题,文章提出基于Tent混沌映射及黄金分割系数改进的哈里斯鹰优化算法(TGHHO)用于变指数非线性马斯京根模型(VEP-NMM)参数率定。首先,通过Tent混沌映射策略和黄金分割系数,解决了原算法易陷入局部最优解和精度不高的问题;其次,与蝴蝶优化算法(BOA)、灰狼优化算法(GWO)及哈里斯鹰优化算法(HHO)对比显示TGHHO性能最佳;最后,构建了TGHHO-VEP-NMM模型进行河道洪水演进实例测试。实验结果表明:TGHHO算法能有效提高模型精度,具有广泛的应用价值。

河道洪水演进数值模拟及其在GIS平台上的可视化

针对公共安全应急平台中灾害预测预警和应急处置的快速反应需求,建立了基于圣维南方程的河道洪水演进的水动力学模型。采用库朗格式的特征线方法对基本方程进行数值求解,得出水位和流量沿河道的时空变化关系,在此基础上进一步研究了基于GIS的洪水演进可视化方法。最后,通过天然河道模拟实例验证了所建模型的可靠性和实用性。

水库联合调度对松澧地区防洪的影响分析

基于马斯京根法的连续的河道洪水演进模型,实现了澧水流域上江垭、皂市水库联合防洪调度,从而得到联合调度对澧水流域防洪控制点流量影响;同时采用水动力学模型对松澧地区控制站点水位模拟。结果显示,除了1998年、2003年特大洪水外,通过江垭、皂市水库联合防洪调度,基本可以保证河道防洪安全,同时松澧地区控制点水位有所降低。而通过江垭、皂市、三峡水库联合运用,松澧地区控制站点的水位仍高于保证水位。

二、三维GIS集成技术在水利中的应用

针对二维GIS技术的缺陷,将二维与三维GIS技术进行优势结合,可为水利信息化建设提供更好的服务与应用。阐述二维、三维集成技术在水利行业中的应用,从数据组织、功能集成设计、系统界面集成、系统特点4个方面对二维和三维技术的集成过程进行说明,结合集成技术在水利、河道洪水演进、三维空间分析及防洪抢险等方面给出相应的应用实例,如对抗洪地区进行可视化转换及对所获得的数据进行分析等。