【摘要】：近年來(lái)氣候變化,極端降雨頻發(fā),洪澇災(zāi)害造成了較大的生命財(cái)產(chǎn)損失,雨洪數(shù)值模型是研究洪澇問(wèn)題的重要技術(shù)手段,為洪澇防治提供科學(xué)指導(dǎo)及技術(shù)支撐,為此本文在西安理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的顯卡加速的地表水及其伴隨輸移過(guò)程數(shù)值模型的基礎(chǔ)上,耦合產(chǎn)流階段各水文過(guò)程,整合形成了更加詳盡的、考慮完整的水文過(guò)程的、基于動(dòng)力波的分布式水文模型。該模型更加完整詳盡的考慮降雨、產(chǎn)流及匯流演進(jìn)過(guò)程中各個(gè)物理過(guò)程:產(chǎn)流計(jì)算部分考慮了騰發(fā)、植物截留及下滲過(guò)程,分別耦合Hargreaves方法、A.P.J.D E ROO方法及Green-Ampt模型分別計(jì)算,并應(yīng)用水量平衡法得到降雨量即在降雨過(guò)程的基礎(chǔ)上減去上述騰發(fā)、植物截留及下滲過(guò)程計(jì)算得到的水量消耗量得到凈雨過(guò)程;匯流及演進(jìn)過(guò)程采用Godunov格式的有限體積法數(shù)值求解二維淺水方程,同時(shí)引入圖形處理器(GPU)加速計(jì)算技術(shù),在不降低精度的條件下大幅提升計(jì)算速度。該模型在產(chǎn)流過(guò)程詳細(xì)描述各主要物理過(guò)程以彌補(bǔ)全水動(dòng)力模型產(chǎn)流計(jì)算不準(zhǔn)確的不足,匯流過(guò)程求解非簡(jiǎn)化的淺水方程以彌補(bǔ)傳統(tǒng)水文模型無(wú)法得到速度等水力學(xué)變量及不能考慮河道內(nèi)復(fù)雜水流運(yùn)動(dòng)的不足,達(dá)成了建立內(nèi)容更為全面,模擬精度更為提高的雨洪過(guò)程數(shù)值模型的目標(biāo)。在建模完成的基礎(chǔ)上,通過(guò)4個(gè)不同算例的模擬對(duì)比對(duì)模型準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性及高效性進(jìn)行驗(yàn)證。在理想V型流域算例中并與數(shù)值解析解進(jìn)行對(duì)比分析,盡管研究區(qū)域水深變化較小,但模型模擬解與解析解吻合良好;在降雨-徑流實(shí)驗(yàn)流域算例中,下滲應(yīng)用Green-Ampt模型,流域出口流量過(guò)程實(shí)測(cè)值及下滲過(guò)程實(shí)測(cè)值都與模擬值擬合良好;Heumoser自然流域及Morpeth城市流域算例為自然流域和城市流域,尺度較前兩個(gè)算例大,且地形、流態(tài)更加復(fù)雜,但模擬結(jié)果仍精度較高,可見(jiàn)本模型可良好處理自然流域復(fù)雜下墊面情況下各種復(fù)雜的水流流態(tài)及城市區(qū)域水深較小甚至極小的網(wǎng)格的干濕邊界處理等關(guān)鍵問(wèn)題。并與MIKE(2014)系列模型進(jìn)行了比較(除降雨-徑流實(shí)驗(yàn)流域算例外),模擬結(jié)果精度有一定的提高。對(duì)模擬效率進(jìn)行分析,在不同的網(wǎng)格精度下,GPU計(jì)算效率提升不同,大約是CPU計(jì)算效率的3-14倍且網(wǎng)格精度越高計(jì)算效率提升越明顯,可見(jiàn)模型可在在不降低精度的條件下大幅提升計(jì)算速度。最后將模型應(yīng)用自然流域及城市流域中,分別模擬計(jì)算了自然流域坡面土地利用對(duì)雨洪影響、城市流域設(shè)計(jì)降雨雨型對(duì)內(nèi)澇過(guò)程影響,得到了坡而防洪最有利及最不利土地利用方案及城市內(nèi)澇最有利及最不利雨型,可見(jiàn)本文模型對(duì)指導(dǎo)防洪及可持續(xù)性城市雨洪管理具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TU992

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本文編號(hào)：2800967