一、二维耦合数学模型在水闸自动调度中的应用

数学模型在城市排水系统中的应用研究城市排水系统是城市基础设施的重要组成部分，其主要功能是有效地将雨水和污水排放出城市，以保障城市的正常运行和居民的生活质量。

然而，随着城市化的不断推进和人口的增长，城市排水系统面临着越来越大的挑战，例如城市内涝、水质污染等问题。

为了解决这些问题，数学模型被引入到城市排水系统中，以提供科学的决策支持和优化方案。

一、数学模型在城市排水系统中的基本原理数学模型是通过建立一系列数学方程来描述城市排水系统的运行机理和行为规律的工具。

它将复杂的城市排水系统简化为数学问题，通过数值计算和仿真模拟来预测和优化系统的性能。

具体而言，数学模型主要包括水动力学模型、水质模型和水文模型三个方面。

1. 水动力学模型水动力学模型是研究水流运动的数学模型。

它通过描述水流的流速、流量、液位等参数之间的关系，来模拟城市排水系统中水的流动情况。

水动力学模型可以帮助我们了解水流的速度、流向、压力等信息，从而预测城市内涝、堵塞等问题的发生概率，并提供相应的解决方案。

2. 水质模型水质模型是研究水体污染传输和转化的数学模型。

它通过描述污染物的浓度、扩散、降解等参数之间的关系，来模拟城市排水系统中污染物的传输和转化过程。

水质模型可以帮助我们了解污染物的分布、变化趋势，从而提前预警水质污染问题，并制定相应的治理策略。

3. 水文模型水文模型是研究降雨径流过程的数学模型。

它通过描述降雨量、产流量、径流量等参数之间的关系，来模拟城市排水系统中的降雨径流过程。

水文模型可以帮助我们了解降雨径流的产生、流向、储存等情况，从而预测和优化城市排水系统的设计和管理。

二、数学模型在城市排水系统中的应用案例数学模型在城市排水系统中的应用已经取得了显著的成果，并在实际工程中得到广泛应用。

下面以某城市的排水系统为例，介绍数学模型在城市排水系统中的具体应用。

1. 针对城市内涝问题的应用数学模型可以对城市内涝问题进行分析和预测。

通过在城市排水系统中建立水动力学模型，可以确定易涝点的位置和范围，预测内涝的发生概率，并提出相应的改善方案，例如增加下水道的容量、优化雨水管网布局等。

多源洪水耦合模型在防洪保护区洪水分析中的应用苑希民;李长跃;田福昌;王丽娜【摘要】针对防洪保护区单一洪水风险分析的不足,以一、二维非恒定流基本控制方程为理论基础,采用有限体积法对网格进行离散求解,建立溃堤洪水和暴雨多源洪水耦合的数学模型.在一、二维模型的链接处选用堰流公式实现河槽与保护区水流的实时交互,借助干湿水深理论对模型进行优化,利用遥感影像解译处理保护区内复杂地形条件下糙率对洪水演进的影响,概化处理区域内道路和过水涵洞对洪水的阻水或导水作用,并利用历史实测洪水资料进行模型验证.将验证后的模型应用于淮河干流凤台段防洪保护区多源洪水运动耦合模拟,分析了单一洪水与多源洪水对防洪保护区的损失比较结果,说明该区域受暴雨内涝影响较为严重.%Aiming at the shortcomings of the single flood risk analysis in the flood protection zone, in this paper the one-dimensional and two-dimensional unsteady flow basic control equations are taken as a theoretical base for analysis of flood risk. In order to solve the discrete grid problem, the finite volume method ( FVM) is used for solving discrete grids. A multi-source coupling mathematical model for levee-breach flood and rainstorm has been established at the same time. The 1D and 2D models are jointed through a weir flow equation to calculate the real-time interaction between the river and the flood protection zone. It is optimized by dry depth and wet depth theories for the sake of making faster and better results. And this model has also utilized a remote sensing image interpretation method to deal with the complicated roughness having important impacts on the flood routing. And a generalized method is used to deal with the roads andwater culverts which prevent or guide the flowing of water in the flood protection zone. This model is tested by historically measured flood data, which are the basic requirements in actual engineering simulation, and then the verified model is applied to simulate the multi-source flood occurring in the flood protection zone at Fengtai reach. Analysis of the big difference between the serious damages caused by a single flood and a multi-source flood is carried out. The research findings are of great significance in analyzing the multi-source flood and simulating flood motion coupling. And researchers can use the analysis results to make risk evaluation of the flood in the research area and also in some similar flood control protection areas.【期刊名称】《水利水运工程学报》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】7页(P16-22)【关键词】防洪保护区;多源洪水;耦合模型;干湿水深;糙率分区【作者】苑希民;李长跃;田福昌;王丽娜【作者单位】天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室, 天津 300072;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室, 天津 300072;天津大学前沿技术研究院有限公司, 天津 301700;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室, 天津300072【正文语种】中文【中图分类】TV122;TV87防洪保护区是防洪减灾体系中的重要组成部分，往往是国家重点设施所在，是保护人民财产的重要屏障。

基于RBF代理模型的调水过程优化研究高学平;朱洪涛;闫晨丹;孙博闻;张晨【摘要】调蓄工程通过泵站调水过程中, 需要通过合理的控制泵站启闭时间来调节水位, 从而不断优化调水过程, 但以往的优化方法效率低而且不易得到最优方案.为解决这一问题, 本文以南水北调东线山东段南四湖下级湖为研究对象, 基于径向基函数(Radial Basis Function, RBF) 代理模型建立调水过程优化模型, 得到了调水过程方案参数区间内的最优方案, 并基于实际调水情况求得不同起调水位下的调水过程最优方案.首先根据调水过程方案参数区间自动选取80个调水过程方案样本, 并利用一维二维耦合水动力模型算出每个方案的水位变化过程;其次采用RBF代理模型建立并验证调水过程方案与最高水位、最低水位的响应关系;最后基于RBF代理模型, 以泵站工作总时间最短为目标, 考虑水量平衡和水位约束建立优化模型, 采用粒子群算法求解.研究结果表明, 基于RBF代理模型的调水过程最优方案结果与耦合模型计算该方案结果的绝对水深误差不超过0.05 m, 相对水深误差不超过0.99％, 模型计算精度高.基于RBF代理模型的调水过程优化模型, 求解得到调水过程参数区间内的最优方案, 解决了传统方法在人为设定有限个方案内得到较优方案的局限性.%In the water transfer process of the regulating and storage project through the pump station, the water level needs to be adjusted through reasonable control of the opening and closing time of the pump station, so as to constantly optimize the water transfer process. However, previous optimization methods are inefficient and difficult to obtain an optimal solution. In order to solve this problem, this paper takes the Lower Nansi Lake in Shandong reach of the eastern route of South-to-North Water Transfer Project as the research object, and establishes theoptimization model of water transfer process based on RBF (Radial Basis Function) surrogate model to study the optimal water transfer process of the Lower Nansi Lake. The method is used to obtain the optimal scheme within the parameter range of the water transfer process, and the optimal scheme for the water transfer process under different starting water levels is obtained based on the actual water transfer situation. Firstly, 80 samples of the water transfer process are selected automatically according to the parameter interval of the water transfer process scheme, and the water level of each scheme is calculated using the 1 D-2 D coupled hydrodynamic model. Secondly, the RBF surrogate model is adopted to establish and verify the relationship between the water transfer process scheme and the response of the highest and lowest water levels. Finally, based on the RBF surrogate model, taking the shortest working time of the pump station as the objective, the optimization model was established considering water balance and water level constraints, and particle swarm optimization was adopted to solve the problem. The research results show that the absolute depth error is no more than 0.05 m and the relative depth error is no more than 0.99％ compared with the calculation results of the scheme water level and the coupled model in the optimized water transfer process, and the optimization model of water transfer process based on RBF surrogate model has high accuracy. Based on this model, the optimal solution within the parameter interval of the water transfer process is obtained, which solves the limitation of the traditional methodto obtain the optimal solution within a limited number of artificially set schemes.【期刊名称】《水利学报》【年(卷),期】2019(050)004【总页数】9页(P439-447)【关键词】水动力学;调水过程优化;RBF代理模型;粒子群算法;调蓄工程【作者】高学平;朱洪涛;闫晨丹;孙博闻;张晨【作者单位】天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津 300350;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津 300350;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津 300350;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津 300350;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津 300350【正文语种】中文【中图分类】TV131.21 研究背景南水北调东线输水干线总长1466.24 km，从江苏省扬州附近的长江干流引水，利用洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖和沿线的运河、淮河以及周边水库等调蓄工程，采用梯级泵站逐级提水与自流输水结合完成东线调水任务。

二维水流数学模型在船厂工程防洪影响评价中的应用
邱居华;李阳;朱士江;王海银
【期刊名称】《水利科学与寒区工程》
【年(卷),期】2024(7)2
【摘要】本文通过采用MIKE21模型软件建立二维水流数学模型对长江某船厂工程洪水的流势、流态变化,以及洪水对船厂工程的影响进行数值模拟研究。

经模拟分析,汛期遇100 a一遇洪水时,工程局部最大壅水值为0.43 cm,壅水影响长度为105 m,流速最大增加值为0.06 m/s,工程前后河道水动力特性和流场的变化不大,水流流态及水流流速分布无明显变化,对防洪影响不大。

结果表明,使用MIKE21模型软件建立二维水流数学模型方法分析合理,为建设项目对防洪影响的计算与分析提供了可靠的方法,为建设项目安全运行提供了保障。

【总页数】7页(P15-21)
【作者】邱居华;李阳;朱士江;王海银
【作者单位】湖北欣瑞工程咨询有限公司;湖北昊源建设工程有限公司;三峡大学【正文语种】中文
【中图分类】TV87
【相关文献】
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中的应用4.基于有限体积法的二维水流数学模型在桥梁防洪评价中的应用5.平面二维水流数学模型在分散式亲水平台防洪评价中的应用
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第35卷第2期2024年3月㊀㊀水科学进展ADVANCES IN WATER SCIENCE Vol.35,No.2Mar.2024DOI:10.14042/ki.32.1309.2024.02.006考虑不同水流交换模式的城市洪涝一维二维双向耦合模型王小杰1,夏军强1,李启杰1,侯精明2(1.武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室,湖北武汉㊀430072;2.西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室,陕西西安㊀710048)摘要:为准确模拟城市洪涝过程,以地表二维流动模型和SWMM 一维管流模型为基础,同时考虑地表径流与地下管流交换的3种模式,构建了城市地表与地下管流双向耦合的水动力学模型㊂采用水槽试验算例和理论算例对耦合模型进行验证,并将耦合模型应用到英国Glasgow 城市街区,分析排水管网和不同地表地下水流交换模式对城市洪涝过程的影响㊂结果表明:模型在试验算例和理论算例的模拟中均具有较好的精度和可靠性,模型能够准确地模拟具有排水管网的城市洪涝演进过程;与无排水系统相比,检查井简化法㊁雨水口法和雨水口-检查井法3种水流交换模式下Glasgow 城市街区模拟的最大淹没面积分别减少9.3%㊁23.2%和24.5%,其中对重度积水的消减作用更显著,淹没面积分别减少43.6%㊁79.9%和80.9%;检查井简化法的消减作用要远小于雨水口法和雨水口-检查井法,后两者差异较小㊂雨水口法和雨水口-检查井法比较符合实际情况,且雨水口-检查井法的计算效率更高更简单,因此,在城市洪涝模拟中采用雨水口-检查井法考虑地表径流与地下管流交换过程更符合实际㊂关键词:城市洪涝;SWMM;地表二维模型;模型耦合;地表径流与地下管流交换中图分类号:TU992;P333.2㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1001-6791(2024)02-0244-12收稿日期:2023-07-30;网络出版日期:2023-12-19网络出版地址:https:// /urlid /32.1309.P.20231219.1110.002基金项目:国家自然科学基金资助项目(41890823;52209098)作者简介:王小杰(1995 ),女,陕西西安人,博士研究生,主要从事城市洪涝方面研究㊂E-mail:wangxiaojie@ 通信作者:夏军强,E-mail:xiajq@受全球气候变化和人类活动的双重影响,短历时强降雨引起的洪涝灾害频发,造成了严重的经济损失和人员伤亡[1-2]㊂据‘中国水旱灾害公报“统计显示,2000 2022年中国平均每年因洪涝死亡1008人㊁受灾11549万人和直接经济损失1737亿元[3]㊂城市暴雨洪涝模拟是制定城市防洪减灾措施和暴雨洪涝预报的重要手段,及时准确地模拟城市暴雨洪涝过程,对提高洪涝风险防范能力和减少洪涝灾害损失具有重要意义[4]㊂城市洪涝模拟中,美国环保署(EPA)开发的暴雨洪水管理模型(Storm Water Management Model,SWMM)应用最为广泛,但该模型不能准确给出地表水深及淹没范围[4-5]㊂基于二维浅水方程的水动力模型可以表征复杂地形条件下地表径流运动过程,但该模型未考虑地下排水管网的影响㊂近年来,国内外众多学者集2种模型的优势,将SWMM 与地表二维模型进行耦合㊂根据二维模型是否对一维模型产生反馈,模型耦合可分为单向耦合和双向耦合[6]㊂对于单向耦合方式,模型间水流只能从节点处溢出到地表流动,而地表水流不能通过节点重新回流到管网中㊂例如,Hsu 等[7]采用单向耦合方式将SWMM 与地表二维模型耦合,水流从检查井处只能溢流到地表,而不能重新回流到管网;廖如婷等[8]采用单向松散耦合将SWMM 节点的溢流过程作为点边界条件输入InfoWorks ICM-2D 模型;王兆礼等[9]将SWMM 和TELEMAC-2D 模型进行单向耦合构建了TSWM 模型㊂对于双向耦合方式,地表水流与地下管流可通过节点进行相互交换㊂例如,Seyoum 等[10]采用双向耦合方式将SWMM 与地表二维模型进行耦合,地表与地下水流通过检查井相互交换;黄国如等[11]和Chen 等[12]采用动态链接库文件方式将SWMM 与地表二维模型进行侧向㊁正向和垂向耦合;Wu 等[13]以SWMM 和LISFLOOD-FP 模型为基础,采用双向耦合方式构建了城市洪涝水动力模型;Li 等[14]和侯精明等[15]将地表二维水动力模型和SWMM 管网一维水动力模型进行双向耦合,构建了GAST-SWMM 耦合模型㊂随着技术的不断发展,一㊁二维模型的耦合研究逐渐从早期单向耦合发展到双向耦合㊂此外,SWMM 与地㊀第2期王小杰,等:考虑不同水流交换模式的城市洪涝一维二维双向耦合模型245㊀表二维模型的时间步长不同,目前的研究主要集中在采用SWMM运行时间作为地表与地下水流交换的同步时间[7-10],SWMM与地表二维的耦合模型大部分在时间上未能实现实时同步㊂对于地表二维模型与一维管网模型的水流交换,国内外最常用的有检查井简化方法㊁雨水口方法和雨水口-检查井方法等[16]㊂例如,黄国如等[11]和Borsche等[17]将地表径流直接排入检查井,通过检查井进行地表径流与地下管流的相互交换(简称检查井简化方法);Dong等[18]模拟英国Glasgow城市洪涝时将地表径流通过雨水口流入距离最近的检查井,采用雨水口-检查井方法实现了地表径流和管道水流之间的相互交换;Bazin等[19]在城市洪涝演进概化模型试验和一㊁二维耦合水动力模型验证中将每个雨水口通过连接管与排水管道上的节点相连,进行地表与地下水流交换(简称雨水口方法)㊂地表径流与地下管流之间有多种交换模式,而考虑不同地表地下水流交换模式的研究较少㊂本文将地表二维模型与SWMM一维管网模型进行双向耦合,同时考虑地表径流与地下管流交换的3种模式,实现了一维与二维模型实时同步㊁严格对应和动态双向的数据交互㊂采用水槽试验算例和理论算例对耦合模型的可靠性和适用性进行验证,然后使用该耦合模型对英国Glasgow城市街区的洪涝事件进行模拟,分析排水管网和不同地表地下水流交换模式对城市洪涝过程的影响㊂1㊀模型构建1.1㊀二维地表水动力模型1.1.1㊀控制方程地表水动力模型控制方程为二维浅水方程,忽略风应力㊁科氏力和紊动项的影响,可表示为[20]:水流连续方程:∂η∂t+∂q x∂x+∂q y∂y=R-q m-q f(1)水流运动方程:∂q x ∂t+∂(βq2x/h)∂x+∂(βq x q y/h)∂y=-gh∂η∂x-gq x q2x+q2yh2C2(2)∂q y ∂t+∂(βq x q y/h)∂x+∂(βq2y/h)∂y=-gh∂η∂y-gq y q2x+q2yh2C2(3)式中:x㊁y分别为水平方向的横㊁纵坐标;t为时间;η为水位;q x㊁q y分别为流体在x㊁y方向的单宽流量;R为降雨强度;q m为排水强度;q f为下渗强度;β为动量修正系数;g为重力加速度;h为水深;C为谢才系数㊂1.1.2㊀数值方法采用TVD-MacCormack格式有限差分法求解二维圣维南方程组㊂MacCormack有限差分格式使用预测-校正两阶段方案可以很容易地处理源项,实现时间和空间上的二阶精度㊂在MacCormack格式的校正步骤中增加一个五点对称TVD项,可有效消除陡坡附近可能产生的数值振荡现象㊂模型能在急流㊁缓流㊁临界流各种流态条件中进行精确求解,可用于模拟急流和缓流共存的地表径流复杂流动情况[21]㊂在数值模拟过程中通过设置最小水深和判别计算网格干湿状态的阈值水深,将计算网格分为干网格㊁半干网格和湿网格,在每个时间步长对计算网格的干湿状态进行判别[20]㊂TVD-MacCormack格式为显式数值格式,计算时间步长在x㊁y方向上需同时满足CFL(Courant-Friedrichs-Lewy)限制条件,模型采用自适应动态变化时间步长,确保在满足数值稳定性的同时提高计算效率[22]㊂本研究采用霍顿方程进行下渗计算,霍顿方程比较适合城区,且率定参数少,在国内外得到了广泛使用[4]㊂霍顿下渗公式为246㊀水科学进展第35卷㊀q f=fɕ+(f0-fɕ)exp(-k d t)(4)式中:fɕ为稳定下渗强度;f0为初始(最大)下渗强度;k d为衰减系数,与土壤的物理性质有关㊂参考SWMM 的水文模块,使用Newton-Raphson迭代法求解霍顿下渗公式㊂1.2㊀一维排水管网模型SWMM的管网水动力模块作为一款成熟且被广泛使用的一维水动力模块,适合各种复杂条件下的一维水流模拟,包括明渠流㊁有压流㊁明满交替流㊁枝状管网水流和环状管网水流等,对城市复杂管网的模拟能力得到广泛的验证和认可[23]㊂此外,SWMM具有能够处理各种水工建筑物(如泵站㊁水闸和堰等)㊁允许各种管渠几何形状(如圆形㊁矩形和三角形等)的优势,对不同连接方式的复杂人工管道具有很强的适应性和较好的模拟效果,且其源代码开放㊂因此,本研究采用SWMM的管网水动力模块作为耦合模型的一维排水管网模块㊂SWMM提供了恒定流㊁运动波和动力波3种水流运动模拟方法,用于支持不同复杂度管网系统中水流运动过程演算㊂动力波方法是通过求解完整的一维圣维南方程,从而得到理论上的精确解,能够计算管道蓄水㊁回水㊁有压满管流㊁逆向流㊁出口水位顶托和检查井溢流等,适合任何排水管网较短时间步长模拟,结果准确,适用性较强,本研究采用动力波法进行管网汇流计算[4,24]㊂SWMM将复杂的排水管网系统概化为由 节点 和 管渠 2种要素构成㊂在 管渠 上满足连续方程和动量方程,在 节点 上满足连续方程㊂基于有限差分法离散方程,利用隐式欧拉法进行迭代求解㊂求解的圣维南方程为一维明渠非恒定流方程,当处理有压流问题吋,该方程不再适用,而需采用一维有压非恒定流方程㊂SWMM基于 管渠-节点 机制对节点水头的计算进行改进,从而实现一种简便的有压流模拟方法㊂SWMM管网模型控制方程及求解过程详见参考文献[24]㊂1.3㊀模型双向耦合地表二维模型与一维管网模型耦合实现的关键在于一㊁二维模型的时间同步及空间对应的水量交换[25],空间上对应的水量交换主要表现为地表径流与地下管流交换㊂1.3.1㊀时间同步SWMM管网模型和地表二维模型的时间步长不一致,且管网模型的时间步长一般大于地表二维模型㊂SWMM与地表二维模型耦合的时间同步方法大致可以分为3类[12]:第1类采用SWMM运行时间作为地表与地下水流交换的同步时间;第2类采用一维模型与二维模型中最小时间步长作为一㊁二维模型和水流交换时间步长,即耦合模型实时同步;第3类为设置固定同步时间,一维模型和二维模型的时间步长可采用两模型的最小时间步长,也可采用模型自身的时间步长[14]㊂本研究采用第2种方法进行一㊁二维模型耦合的时间同步㊂SWMM源代码采用C语言编写,二维模型代码采用Fortran语言编写㊂SWMM的时间步长是固定的,结果输出时间最小为1s;而地表二维模型的时间步长是动态变化的,计算时间步长可采用小数秒㊂为了实现一㊁二维模型和地表地下水流交换在时间上实时同步,SWMM管网水动力模块采用Fortran语言重新编写,并对时间步长㊁节点进流量和结果输出等部分进行修改㊂采用地表二维模型的动态变化时间步长作为管网模型和水流交换的时间步长,实现2项水动力过程实时同步㊁严格对应及动态双向的数据交互㊂自适应动态变化时间步长计算公式:Δt2D=CrΔx|q2x+q2y/h|+gh (5)Δt1D=Δt e=Δt2D(6)T1D=T e=T2D(7)式中:Δt2D为地表二维模型的自适应动态变化时间步长,s;Cr为库朗数;Δx为网格大小,m;Δt1D为一维管网模型的时间步长,s;Δt e为水流交换的时间步长,s;T2D㊁T1D和T e分别为二维模型㊁一维模型和水流交㊀第2期王小杰,等:考虑不同水流交换模式的城市洪涝一维二维双向耦合模型247㊀换的计算时间,s㊂1.3.2㊀地表径流与地下管流交换地表径流和地下管流模型是通过在节点处发生的溢流和泄流现象来交换水流㊂当地表水位大于管网节点水位时,进行泄流计算,水流从地表流向管网;当地表水位小于管网节点水位时,进行溢流计算,水流从管网流向地表;当地表水位等于管网节点水位时,不进行流量交换㊂(1)节点泄流近年来,众多学者基于水槽试验和理论分析开展了节点泄流能力研究,提出了适用于不同水流条件下的节点泄流计算公式㊂陈倩等[26]提出的雨水口泄流公式和姚飞骏[27]提出的孔流堰流公式适用于水深较大的计算工况,且与标准图集中雨水口泄流能力曲线相符效果较好,得到了广泛应用[22]㊂雨水口泄流公式:Q s=auAFr b(8)式中:Q s为节点泄流量,m3/s;a和b为泄流参数;A为节点过水面积,m2;u为箅前流速,m/s;Fr为箅前弗劳德数,Fr=u/gh㊂孔流堰流公式:Q s=min(C w Ph1.5,C o A2gh)(9)式中:C w为堰流系数;P为节点湿周,m;C o为孔流系数㊂为保证模型计算的稳定性,对节点泄流量添加限制性条件[11]:Q s=min(Q s,V c/Δt e)(10)式中:V c为节点所在地表网格内的当前水量,m3㊂(2)节点溢流采用孔口流量公式计算节点溢流量,公式如下所示:Q o=C o A m2g(h nod-h sur)(11)式中:Q o为节点溢流量,m3/s;A m为节点过水面积,m2;h nod为节点水位,m;h sur为地表水位,m㊂为保证模型计算的稳定性,对节点溢流量添加限制性条件[11]:Q o=min(Q o,V o/Δt e)(12)式中:V o为SWMM节点的溢流水量,m3㊂(3)地表径流与地下管流交换模式地表径流与地下管流之间有多种交换模式,检查井简化方法㊁雨水口方法和雨水口-检查井方法是最常用的3种交换模式[16],如图1所示㊂检查井简化方法忽略了雨水口作用,地表径流和地下管流直接通过检查井进行交换,即节点泄流和溢流均通过检查井进行(图1(a))㊂雨水口方法中,地表径流通过多个雨水口泄流至单个检查井后流向排水管网,管网水流通过检查井分流至与之相连的多个雨水口后溢流到地表(图1 (b))㊂雨水口-检查井方法中,地表径流通过多个雨水口泄流至单个检查井后流向排水管网,管网水流直接通过检查井溢流到地表(图1(c))㊂地表水流进入排水系统节点的流量为Q j=ðN i=1Q i,s-Q m,o(13)式中:Q j为地表水流进入排水系统单个节点的流量,m3/s;Q m,o为与排水系统节点相对应的检查井溢流量, m3/s;Q i,s为与检查井相连的第i个雨水口的泄流量,m3/s;N为检查井相连的雨水口个数,若为检查井简化方法,N=1,此时Q i,s表示检查井的泄流量㊂地表单个网格进入排水系统的流量为Q c=ðK k=1Q k(14)248㊀水科学进展第35卷㊀Q k =Q k ,s -Q k ,o (15)Q k ,o =Q m,o ,检查井简化方法/雨水口-检查井方法Q m,o /N ,雨水口方法{(16)式中:Q c 为地表单个网格进入排水系统的流量,m 3/s;K 为单个网格中的节点个数;Q k 为网格中第k 个节点进入排水系统的流量,m 3/s㊂Q k ,s ㊁Q k ,o 分别为节点的泄流量和溢流量,若为雨水口-检查井法,当节点为雨水口时Q k ,o =0,当节点为检查井时Q k ,s =0;若为雨水口法,当节点为检查井时Q k ,s ㊁Q k ,o 均为0;若为检查井简化法,当节点为雨水口时Q k ,s ㊁Q k ,o 均为0㊂图1㊀地表径流与地下管流交换模式Fig.1Exchange modes of surface runoff and underground pipe flow 1.3.3㊀模型双向耦合实现方式耦合模型是以水量交换为纽带,将节点泄流/溢流量作为源项加入地表二维模型中,同时也作为一维管网模型节点的外部入流/出流量加入排水管网系统中[11]㊂地表二维模型和一维管网模型双向耦合过程中具体步骤如下:(1)设置地表二维模型和一维管网模型的边界条件和初始条件㊂设置地表径流与地下管流交换模式,将地表节点坐标和地下管网节点坐标进行对应,保证地表节点泄流/溢流和管网节点入流/出流在空间位置上严格对应㊂此外,还需要注意的是SWMM 排水管网模型需启用节点积水功能㊂(2)读取地表二维模型和一维管网模型输入文件,获取并初始化地表和排水管网的属性信息㊂(3)根据地表网格水位和单宽流量等,采用CFL 条件计算动态时间步长㊂(4)将时间步长㊁管网节点水深和溢流量等信息与地表网格水位和单宽流量等信息输入到地表径流与地下管流交换模块,根据地表径流与地下管流交换模式,计算地表径流与地下管流交换水量㊂(5)将计算得到的交换水量和时间步长输入到排水管网模型㊂运行排水管网模型,推进1个时间步长㊂计算得到节点水深和管道流量等信息,用于下一时间步长模拟㊂(一维模型演进1步)(6)获取排水管网模型计算得到的节点水深和溢流量等信息,用于水量交换计算㊂(7)计算地表网格下渗率㊂(8)将计算得到的时间步长交换水量和下渗率输入到地表二维模型㊂运行地表二维模型,推进1个时间步长㊂计算得到网格水位和单宽流量等信息,用于下一时间步长模拟和水量交换计算㊂(二维模型演进1步)(9)判断模拟时间是否到达结束时刻㊂若未到达结束时刻,重复上述(3) (8)计算步骤;若到达结束时刻,输出计算结果,关闭程序㊂2㊀模型验证采用试验算例和理论算例对构建的城市地表径流与地下管流双向耦合模型进行验证㊂选取的试验算例水流在地表演进过程中部分从节点下泄至排水管网,汇流至管道出口排出;选取的理论算例管网水流从节点顶㊀第2期王小杰,等:考虑不同水流交换模式的城市洪涝一维二维双向耦合模型249㊀部溢出,在地表上流动,并经其余节点重新汇入管道,在管网溢流量和回流量达到平衡后,管道顶部地表区域水流最终趋于平衡状态[28]㊂2.1㊀试验算例采用Dong等[18]开展的城市洪涝地表与地下排水系统双层结构试验数据对耦合模型进行验证㊂试验模型整体几何比尺为1ʒ10,地表部分包含水库㊁闸门㊁道路㊁人行道㊁房屋等结构,地下部分包含雨水箱㊁连接管㊁排水干管等结构,地表和地下排水管道之间采用10个雨水口连接,雨水口沿水槽中轴对称分布,前后间距1.8m(模型布置平面示意图详见文献[18])㊂地表水槽从上游至下游布置了7个水位测点(P1 P7),排水干管底部布置了1个压力水头测点(P8),8个测点的具体坐标详见文献[18]㊂水库内初始水深为0.3m,闸门下游和地下排水管道内初始水深为0m,模拟时间为340s㊂地表和排水管道的曼宁系数均为0.011s/m1/3㊂建筑物采用真实地形法表示,地表下游边界和排水系统下游出口边界均为自由出流,其余边界为固壁边界条件㊂节点泄流和溢流中的参数随着节点型式的不同而变化,因此,在不同的算例中需对公式中的参数进行率定㊂经过率定,采用综合流速公式(a=0.225,b=-2.063)和孔口流公式(C o=0.15)进行节点泄流和溢流计算㊂不同测点模拟水深与实测水深变化过程对比结果如图2所示(仅展示了部分测点,P1 P7为地表测点, P8为管道测点)㊂将采用二维模型动态变化时间步长作为管网模型和水流交换时间步长(Δt2D,即耦合模型实时同步)的模拟结果与采用固定时间步长(1㊁0.6㊁0.2s)的模拟结果进行对比,分析耦合模型是否实时同步对洪涝过程的影响㊂管网模型采用固定时间步长时,管网模型运行时间作为地表与地下水流交换同步时间的具体实现过程可参考文献[10]㊂可以看出,固定时间步长的大小对模拟结果有着显著影响,且对管道的影响要大于地表㊂当固定时间步长较小时,固定时间步长与动态变化时间步长的模拟结果基本一致,即耦合模型是否实时同步对洪涝过程基本无影响㊂随着固定时间步长的增大,固定时间步长与动态变化时间步长的模拟结果相差越来越大,且与实测水深的误差也在增大㊂总的来说,固定时间步长的准确性取值对于模拟结果的精度至关重要,且相较于固定同步时间,实时同步的耦合模型模拟的水深与实测水深更为接近㊂图2㊀不同测点模拟和实测水深比较Fig.2Comparisons of simulated and measured water depths at different measuring points250㊀水科学进展第35卷㊀将实时同步的耦合模型模拟结果与实测值进行对比,地表测点P1 P7的水深模拟值与实测值变化过程基本一致,上游水库水深随时间不断降低,下游城市街区水深随时间先增加后减小,其中地表测点的水深模拟值在上下游水深较小时略微低于实测值,且测点P3模拟结果相对较差㊂这是因为测点P3位于房屋上游边壁处,水流撞击边壁后产生强烈的紊动与空气掺混现象,具有三维特征水流运动,本文模型使用的二维浅水控制方程难以反映此类现象[22]㊂管道测点P8的水深模拟值与实测值变化过程较为一致,相比于地表水深变化,管道模拟结果的误差相对更大,这可能是因为地表水流下泄汇流至管道过程中产生的误差对管道模拟结果造成了一定的影响㊂相较于实测水深,管道测点的水深模拟值略大,退水过程略微滞后,其原因可能与管道水流的进口流量有关㊂在水槽试验中地表水流经雨篦子流入雨水井后,通过侧支管与排水干管相连接㊂本文模型未考虑雨水井内部的水量平衡过程及其产生的水头损失,从而使得管道的水深模拟值略大,退水过程略微滞后㊂此外,采用纳什效率系数(E NS )进一步评估模型的计算精度㊂地表测点P1 P7的水深模拟值与实测值的E NS 均在0.90以上,其中测点P3的E NS 最小,为0.92,管道测点P8的水深模拟值与实测值的E NS 为0.76,表明本模型的计算精度较高,能够准确模拟具有排水管道的城市洪涝演进过程㊂2.2㊀理论算例采用喻海军[28]开展的理论算例对耦合模型进行验证㊂该算例地表区域为边长200m 的正方形,管网系统由6个节点和6条管道组成(图3)㊂地表与管道水流之间通过节点2㊁3㊁4和5的泄流和溢流来进行交换㊂节点1㊁6分别为入流节点和出口节点,节点1的入流流量在模拟开始前10min 内由0逐渐增加至1.0m 3/s,随后保持恒定不变,节点6设置为自由出流㊂地表和管道初始水深为0m,地表曼宁糙率系数为0.025s /m 1/3,地表区域四周为固壁边界条件,模拟时间为48h㊂管道和节点属性信息详见文献[28]㊂经过率定,采用综合流速公式(a =0.046,b =-0.935)和孔口流公式(C o =0.67)进行节点泄流和溢流计算㊂图3㊀算例示意[28]Fig.3Diagram of theoretical case 将本文模型与InfoWorks ICM 计算结果进行对比,表1为稳定状态时管道流量和节点水深㊂可以看出,管道流量和节点水深最大相对误差不超过10%,节点水深相对差值更小,不超过5%,误差可能来源于地表地下耦合算法及网格划分的差异㊂本文模型与InfoWorks ICM 计算的稳定状态时地表区域水位分布基本一致,地表内均存在约0.12m 的水深,节点2的顶部区域水位较高,节点3㊁4和5的水位略低于平均水位,其他区域水位基本相等㊂总的来说,本文模型与InfoWorks ICM 计算结果基本吻合,耦合模型具有较高的可靠性㊂表1㊀稳定状态时管道流量和节点水深Table 1Pipe discharge and node water depth in steady state 编号管道流量节点水深本模型/(m 3/s)InfoWorks /(m 3/s)绝对差值/(m 3/s)相对差值/%本模型/m InfoWorks /m 绝对差值/m 相对差值/%1 1.000 1.0000㊀㊀0㊀㊀ 1.521 1.5000.021 1.4020.4530.4130.0409.69 1.447 1.3960.051 3.6530.4530.4130.0409.690.9740.991-0.017-1.7240.4820.4710.011 2.340.9740.990-0.016-1.6250.4820.4720.010 2.120.7720.779-0.007-0.9060.993 1.000-0.007-0.700.5700.574-0.004-0.70㊀第2期王小杰,等:考虑不同水流交换模式的城市洪涝一维二维双向耦合模型251㊀3㊀模型应用3.1㊀研究区概况采用城市地表径流与地下管流双向耦合模型,模拟英国Glasgow城市街区(1.0kmˑ0.4km)发生在2002年7月30日的洪涝过程㊂该过程水流从Q点处涵洞溢出到研究区域的街区中,最大流量为10m3/s,总泄水量约8554m3,持续时间不超过60min,Q点流量曲线详见文献[29]㊂因缺少实际管网资料,本文根据室外排水设计标准[30]和文献[18],在城市主要道路两侧每隔50m添加1对尺寸为0.75mˑ0.45m的雨水口,主要道路中间每隔100m添加1个检查井,相邻2个检查井之间添加直径为1.0m的圆管㊂排水系统由140个雨水口㊁36个检查井㊁2个排放口和38条管道组成(图4)㊂由带有建筑物高度的2m分辨率地形图可看出,研究区整体东部高西部低,按照地表高程将检查井㊁雨水口和排水管道沿道路由东北向西南布置㊂地表和排水管道的曼宁糙率系数分别为0.020和0.013s/m1/3㊂建筑物采用真实地形方法表示,研究区域四周设为固壁边界条件,地表设置了4个水深监测点(ST1 ST4,与文献[29]位置相同)㊂地表和管道初始水深为0m,模拟时间为2h㊂采用综合流速公式(a=0.302,b=-0.816)[26]和孔口流公式(C o=0.67)[27]推荐的参数计算节点泄流和溢流㊂图4㊀英国Glasgow某街区地形及排水系统布置Fig.4Topography and sewer drainage system structure in Glasgow,UK3.2㊀结果分析采用检查井简化方法㊁雨水口方法和雨水口-检查井方法分别计算地表径流与地下管流之间的交换水流,对比无排水系统的结果,分析排水管网和不同地表地下水流交换模式对城市洪涝过程的影响㊂4种情况下各监测点处的水深变化过程如图5所示㊂检查井简化方法㊁雨水口方法和雨水口-检查井方法与无排水系统的对比,最大水深在测点1处分别减小了3.16%㊁12.7%和12.7%,在测点2处分别减小了4.87%㊁20.2%和20.4%,在测点3处分别减小了23.4%㊁49.3%和50.3%,在测点4处分别减小了7.62%㊁27.4%和28.5%㊂此外,3种水流交换模式对洪涝到达时间有一定的延迟作用,检查井简化方法的延迟作用最小,其次为雨水口方法和雨水口-检查井方法,且离洪涝源头越远延迟作用越显著㊂总的来说,排水管网可以有效地减少地表水深,3种水流交换模式对地表水深的影响存在显著差异,检查井简化方法对地表水深的减少作用要远小于雨水口方法和雨水口-检查井方法,雨水口方法比雨水口-检查井方法略低,但两者差异较小,且2种方法的地表水深变化过程基本一致㊂与此同时,对4种情况下研究区域的最大淹没范围及水深进行分析,结果如图6所示㊂检查井简化方法㊁雨水口方法和雨水口-检查井方法与无排水系统对比,最大淹没面积分别减小了9.25%㊁23.2%和。

溃堤洪水分析的一、二维水动力耦合模型及应用苑希民;薛文宇;冯国娜;李长跃【摘要】A coupled one-and two-dimensional hydrodynamic model was developed to simulate the flood wave propagation through the breaches. The Preissmann scheme was used for the one-dimensional model and the Roe scheme on unstructured meshes was used for the two-dimensional model. The special boundaries, such as roads and irrigation ditches, were generalized as broad crested weirs and were linearized. A coupled model with real terrain was established through coupling the unstructured mesh and special boundaries, and the dry and wet depth theory was used to optimize this model. The model was applied to simulation of a levee-breach flood that occurred in the West Irrigation Area of the Qingtongxia Gorge of the Yellow River. The results show that the model can truly simulate the flood wave propagation and flood inundation area in the calculation area, and can simulate the water-blocking effect of roads and irrigation ditches and water-passing effect of bridges and culverts.%建立一、二维水动力耦合数学模型以模拟溃堤洪水的演进过程，其中一维模型采用Preissmann格式离散，二维模型利用基于非结构网格的Roe格式离散。

二维水流数学模型在洪水串流区的应用应用一《二维水流数学模型在洪水串流区防洪规划中的应用》咱先来说说这个二维水流数学模型在洪水串流区防洪规划里的应用啊。

就拿我老家那片儿来说吧，以前一到下大雨的时节，那河水就跟发了疯似的，到处乱窜。

有一年啊，雨那叫一个大，连着下了好几天都没停。

我记得清清楚楚，河水那是眼看着就漫过了河岸，把附近的农田都给淹了，那些辛辛苦苦种的庄稼就这么毁了，老农们那个心疼哟。

而且啊，洪水还往村子里串流，不少人家的院子都进水了，大家忙着往外淘水，那场面真是一片混乱。

后来呢，政府决定用二维水流数学模型来做防洪规划。

这个模型那就跟个魔法计算器似的，它能把洪水在不同区域流动的情况算得明明白白。

专家们把咱那片儿的地形啊、河道啊什么的各种数据都输进去，然后模型就开始工作啦。

它能模拟出洪水来的时候会往哪儿流，流速有多快，啥地方容易积水等等。

就好比它给洪水画了一幅详细的“逃跑路线图”。

根据这个模型的计算结果，政府在容易串流的地方加宽加深了河道，还修了不少排水的沟渠。

后来再遇到大雨，洪水可就没那么张狂啦。

河水还是会涨，但有了这些预先规划好的排水通道，洪水就乖乖地顺着走了，再也不会像以前那样到处乱串。

咱村里的农田保住了，大家的房子也不用再担心被水淹了。

这个二维水流数学模型在防洪规划里可真是立了大功，就像给咱这片儿上了一道保险，让大家心里踏实多了。

应用二《二维水流数学模型在洪水串流区桥梁设计中的应用》再讲讲这个模型在桥梁设计里的事儿啊。

我有个表哥在建筑公司工作，他们就负责在洪水串流区修桥。

有一回，他们要在一条经常发洪水的河上修一座大桥。

刚开始啊，他们是按照传统的方法来设计，可后来发现不行。

因为在洪水串流的时候，水流的冲击力特别大，那设计方案根本招架不住。

这时候就想到了二维水流数学模型。

用这个模型啊，能把洪水不同时间、不同水位下对桥梁基础的冲击力都算得特别精准。

我表哥跟我描述的时候，那叫一个兴奋。

他说这个模型就像有一双特别厉害的眼睛，能把洪水的一举一动都看得清清楚楚。

感潮河网二维水流-输运耦合数学模型宋利祥;杨芳;胡晓张;杨莉玲;周建中【期刊名称】《水科学进展》【年(卷),期】2014(25)4【摘要】感潮河网水流不仅受径流、潮汐动力的双重影响,还常受水闸调度等人类活动的影响,水动力条件极为复杂。

针对水闸调度影响下感潮河网复杂水动力及其伴随物质输移扩散模拟,提出了考虑水闸调度并集成输运对流项的水流-输运通量耦合求解器,建立了基于非结构网格Godunov格式的二维水流-输运耦合数学模型。

采用具有时空二阶精度的MUSCL-Hancock预测-校正格式,结合变量重构限制器技术,在保证计算精度的同时避免了数值振荡。

运用斜底三角单元网格表达水闸线状地形,并通过地形调整模拟了水闸启闭过程。

算例研究表明,该模型计算精度高,可有效模拟水闸调度影响下感潮河网水流运动及污染物输运过程,具有较好的推广应用价值。

【总页数】10页(P550-559)【关键词】物质输移扩散;感潮河网;水闸调度;Godunov格式;非结构网格【作者】宋利祥;杨芳;胡晓张;杨莉玲;周建中【作者单位】珠江水利科学研究院;水利部珠江河口动力学及伴生过程调控重点实验室;华中科技大学水电与数字化工程学院【正文语种】中文【中图分类】TV131.2【相关文献】1.一、二维耦合数学模型在感潮河网洪水风险图编制中的应用 [J], 杨莉玲;宋利祥;邓军涛;徐爽;胡晓张;孙倩雯2.一、二维耦合数学模型在水利枢纽通航水流条件研究中的应用 [J], 崔冬;刘新成;潘丽红3.感潮平原河网水流水质计算模型应用研究 [J], 苏飞;王士武;徐海波;陈雪4.Godunov格式下高精度二维水流-输运耦合模型 [J], 毕胜;周建中;陈生水;张华杰;刘懿;赵越因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

水闸调度自动化改造提升防洪效率方案研究与论证思路与方法一、引言防洪是保护国家资源、财产和人民生命安全的重要任务之一。

水闸作为水利工程中重要的防洪设施，其调度运行对于预防和减轻洪水灾害具有至关重要的作用。

本文旨在探讨水闸调度自动化改造，提升防洪效率的方案，并介绍相关研究与论证的思路与方法。

二、水闸调度自动化改造的必要性传统的水闸调度依赖于人工判决和操作，存在着调度效率低、响应速度慢、误操作风险大等问题。

而水闸调度自动化改造可以通过引入先进的信息技术和自动控制系统，实现水闸运行的智能化和自动化管理，从而提高防洪效率。

三、水闸调度自动化改造的研究思路1.问题分析：首先需要对现有水闸调度存在的问题进行详细的分析，包括调度效率不高、防洪能力不足等。

2.目标设定：根据问题分析的结果，明确水闸调度自动化改造的目标，比如提高调度精度、缩短响应时间、提升防洪能力等。

3.数据采集与处理：利用现代化的传感器技术和数据采集系统，对水位、流量、降雨等关键数据进行实时监测和采集，并进行数据处理和分析。

4.模型建立与优化：基于采集的数据，建立水闸调度模型，并通过优化算法对模型进行优化，以实现更好的调度效果。

5.系统设计与实施：根据模型优化结果，设计水闸调度自动化系统，并进行实施和调试。

6.效果评估与优化：通过对实施后系统的效果进行评估与分析，优化系统的参数和策略，以进一步提升防洪效率。

四、水闸调度自动化改造的论证方法1.对比实验：通过在同一区域的多个水闸中选择部分进行自动化改造，与传统调度方式进行对比实验，从而比较新旧系统的效果、效率和稳定性。

2.案例分析：选取已经完成水闸调度自动化改造的案例，利用实际数据和效果评估，论证改造方案的有效性和可行性。

3.数学模型仿真：基于前期数据采集和系统设计的结果，建立数学模型进行仿真，通过模拟不同场景下的调度效果，来论证自动化改造方案的优越性。

4.专家评估：邀请相关领域的专家对改造方案进行评估和论证，结合他们的专业知识和经验，得出方案的合理性和可行性。

防洪保护区水动力一二维精细化模拟模型及应用张庆梓;刘小龙;陈俊鸿;彭思韦【摘要】为准确合理地进行洪水演进模拟,完成防洪保护区的洪水风险图编制工作,本文建立了能够对防洪保护区溃堤洪水进行模拟的一、二维耦合水动力学模型.一维水动力学模型采用有限差分法求解,二维水动力学模型采用二维有限体积法求解浅水流方程组.模拟结果表明,与传统方法相比该模型能有效提高复杂区域内模型计算效率,所得信息可为防洪决策部门提供参考依据.【期刊名称】《治淮》【年(卷),期】2016(000)009【总页数】3页(P19-21)【关键词】水动力学;一、二维耦合模型;洪水风险分析;药湖联圩【作者】张庆梓;刘小龙;陈俊鸿;彭思韦【作者单位】河海大学南京 210098;南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京 210029;河海大学南京 210098;河海大学南京 210098【正文语种】中文水动力数值模拟技术可以广泛地应用于灾害预警、避险转移、洪水影响评价、洪泛区管理等方面，为相关部门提供有力的决策支撑。

目前，一维动力学模型主要用于长河段的洪水演进预报，主要优点是可以快速、准确地模拟复杂河网的水位、流量过程，同时在处理河道上的一些建筑物（如闸门、泵站等）时非常灵活方便。

但溃堤后的洪水具有明显的二维特性，对于防洪保护区，水流运动复杂，人工建筑物（如房屋、道路等）常常改变水流流向，二维动力学模型更适宜进行此类复杂的水流运动模拟。

相对于一维水动力学模型而言，二维水动力学模型能够提供更加丰富的计算信息，如洪水到达时间、淹没范围、淹没水深、淹没历时等。

但二维水动力学模型也存在计算时间较长、对地形资料要求较高、在洪水风险图系统中数据调用效率较低等问题。

对于解决具有多空间尺度的实际问题（如河道溃堤及溃堤水流演进问题），针对不同的研究区域，运用不同的数学模型，充分发挥模型各自的优势，满足实际需要与提高模型计算效率很有必要。

本文运用地理信息系统，整合防洪保护区地形、道路及建筑物等空间信息，建立基于防洪保护区一维河网模型与二维保护区模型一、二维水动力耦合模型，对道路进行抽稀处理后，将道路和堤防作为保护区内的挡水建筑物处理。

洪水与风暴潮共同作用下的溃堤洪水一维、二维耦合模型及应用作者：王秀杰胡冰苑希民田福昌秦旭东来源：《南水北调与水利科技》2017年第05期摘要：为了解决复杂条件下河道洪水漫堤、溃堤和潮水倒灌的问题，建立了在洪水和风暴潮共同作用下的天然河道漫溃堤洪水在防洪保护区的一二维水动力耦合模型。

在兼顾计算效率和精度的基础上，分区剖分网格，设置合理的网格面积；根据植被和地物的不同，分区设置糙率；通过宽顶堰的方式将河道一维模型和防洪保护区二维模型进行侧向耦合；采用基于侵蚀的渐变溃破坏方式模拟河道溃堤过程，实现了河道上游发生洪水和下游遭遇外海风暴潮的复杂情况下精细化模拟。

实例研究表明，所建模型可灵活处理复杂多变的水力条件，模拟结果合理可靠，可为防汛部门制定决策提供有力的科学依据。

关键词：一二维耦合模型；溃、漫堤洪水；风暴潮；渐变溃；太阳河中图分类号：TV122.4 文献标识码：A 文章编号：1672-1683（2017）06-0043-07近几年，我国注重综合采用工程措施和非工程措施应对洪涝灾害，在全国各地推行洪水风险图编制项目，使得我国的水动力数学模型有了很大的进展。

在我国，黄金池等利用模型代替了多个单独使用的水动力学模型，模拟了土石坝溃坝后的洪水演进过程。

宋霁云等描述了模型参数和模型效率间的关系，为模型参数的合理设置提供了理论依据。

李大鸣等建立二维水动力学模型研究了桥涵概化尺度对洪水演进的影响。

陈文龙等通过构造并求解Riemann问题实现一维二维模型耦合。

苑希民等建立了堤洪水的二维水动力学模型，模拟了黄河内蒙段南岸灌区溃堤洪水流速、流态及水深的变化情况。

Lai等提出了适用于大尺度水动力模拟的一维二维耦合方法，为模型的耦合提供了理论基础。

孙秀丽等采用标准连接的方式，建立了一维、二维耦合模型模拟溃堤洪水。

而在国外，Paul D.Bates等学者基于浅水动力学模型的改进理论，研究出一种简单高效的二维水动力学模型。

Maarten Breckpot等利用水文模型解决洪水问题，推动了洪水模型的多元发展。

外洪溃堤一、二维耦合模型与内涝模型叠加在防洪保护区内的应用探讨张靖雨;徐佳;袁先江;曹秀清【期刊名称】《水利水电技术》【年(卷),期】2017(048)005【摘要】针对防洪保护区河道洪水的漫滩、溃堤及其与内涝叠加耦合预测的难题,以模拟溃堤洪水遭遇区域内涝情况下洪水演进过程为目标,采用基于非结构网格的Roe格式离散控制方程,利用Mike-flood提供的标准连接、侧向连接实现一维与二维模型间的耦联,将溃口口门概化为宽顶堰并添加控制策略实现堤防溃决模拟.采用二维水动力模型耦合降雨径流关系计算净雨过程,建立与区域内涝模型叠加联用的一、二维水动力耦合模型.以中运河南片防洪保护区内洪水演进为例进行分析,结果表明:中运河右堤胡家险工溃决后,洪水向下游演进至房亭河与中运河交汇处的运西洼地内,最大淹没水深位于房亭河与中运河交汇处.模型能够较合理的反映区域内涝分布、地形及主要道路和涵洞对洪水演进的影响,可为区域内防洪抢险工作提供可靠依据.【总页数】8页(P87-94)【作者】张靖雨;徐佳;袁先江;曹秀清【作者单位】安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院,安徽蚌埠233000;水利水资源安徽省重点实验室,安徽蚌埠233000;安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院,安徽蚌埠233000;水利水资源安徽省重点实验室,安徽蚌埠233000;安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院,安徽蚌埠233000;水利水资源安徽省重点实验室,安徽蚌埠233000;安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院,安徽蚌埠233000;水利水资源安徽省重点实验室,安徽蚌埠233000【正文语种】中文【中图分类】TV131【相关文献】1.洪水与风暴潮共同作用下的溃堤洪水一维、二维耦合模型及应用 [J], 王秀杰;胡冰;苑希民;田福昌;秦旭东2.溃堤洪水分析的一、二维水动力耦合模型及应用 [J], 苑希民;薛文宇;冯国娜;李长跃3.一维-二维耦合的防洪保护区洪水演进数学模型 [J], 陈文龙;宋利祥;邢领航;张文明;周建中4.GIS及SWMM模型在防洪保护区内涝模拟中的应用 [J], 王秀杰;王丽娜;田福昌;胡冰5.基于一、二维耦合水动力模型的赣西联圩溃堤洪水风险分析 [J], 陈俊鸿;刘小龙;王岗;彭思韦;张庆梓;陈炼钢因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

一种简便的二维潮流数学模型
1二维潮流数学模型
二维潮流数学模型是一种用于模拟二维流动系统的模型，是一种依据流体力学和技术学知识来预测水流情况的工具。

它可以最大限度地准确模拟出水体如何流动和分布，从而更好地预测水体流动和湿度变化情况。

2潮流数学模型的应用
二维潮流数学模型可以应用于水资源调度、洪水预测、水库水位、洪水淹没等领域。

例如，水资源管理者可以通过这种模型来制定有效的水资源调度方案，以确保在水资源压力比较大的时候，依然能够确保所有建筑物能够得到合理的供水量。

另外，在建设水库的时候，也可以借助这种模型来预测未来灌溉面积和灌溉量，从而有效地制定水资源开发计划。

3二维潮流数学模型的特点
二维潮流数学模型的特点之一是在计算快捷性上十分出色，它可以让计算任务在低计算资源的情况下能够得到良好的运行结果。

另外，它也具备良好的模型可靠性，对空间分析精度要求较高，能够正确、准确地模拟出水体的流动和湿度变化情况，增强水资源管理效率和准确性。

此外，二维潮流数学模型可以识别各种复杂的条件，如坡度、曲率、多源流、坝坡流等，还利用数值计算的方法来进行流量的预测，确保水资源的供需关系得到有效的管理。

通过以上介绍，我们可以知道，二维潮流数学模型可以识别复杂的环境条件，帮助管理者更好地预测水体的流动情况，从而更好地管理水资源，减少洪水损失，确保水资源的可持续利用。

基于一二维耦合模型下S型分汊河道的防洪安全影响分析刘志成
【期刊名称】《陕西水利》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】柳江流域河道水系发达,下游洛清江与江口小学汇入柳江,冲击形成S型河道。

近些年由于不同工程的建设,加速了下游河床的演变。

如何准确分析分叉河道下河床演变以及工程建设对柳江防洪的影响,是迫切需要解决的问题。

以青洲柳江特大桥为例,采用一二维耦合的水动力学模型,对3个年份的地形整理,计算分析不同年份下的水位与流场,得出桥梁建设前后对河道行洪安全的影响。

通过柳江特大桥方案分析,该方法可行,可作为分叉河道下防洪安全影响分析的方法。

【总页数】3页(P66-67)
【作者】刘志成
【作者单位】珠江水利委员会珠江水利科学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TV87
【相关文献】
1.基于MIKE11 HD和NAM耦合模型在河流施工围堰对防洪安全影响分析中的应用与研究
2.基于水文水力计算的分汊型河段堵汊工程防洪影响评价
3.基于
MIKE11模型的鹅头分汊型河道水面线及分流比计算4.水位调控下分汊型河道淤积影响试验研究5.基于泄洪移民区域分汊河道泄流相互影响的模型试验研究
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