检索结果-内蒙古大学图书馆

水利学报 2025年

作者：南统超施睿于春水水灾害防御全国重点实验室河海大学长江保护与绿色发展研究院河海大学水利部水循环与水动力系统重点实验室南京水利科学研究院北京云庐科技

水动力模型具有物理意义明确、可靠性高等优点,但其计算量大、算力要求高。鉴于先进计算芯片进口遇阻,国外CUDA软件平台也被禁用,有必要基于国产CPU/GPU产业现状发展“多节点-多GPU”异构并行计算方案。本研究基于国产硬件平台研发“多... 详细信息

水动力模型具有物理意义明确、可靠性高等优点,但其计算量大、算力要求高。鉴于先进计算芯片进口遇阻,国外CUDA软件平台也被禁用,有必要基于国产CPU/GPU产业现状发展“多节点-多GPU”异构并行计算方案。本研究基于国产硬件平台研发“多节点-多GPU”大规模分布式异构并行计算水动力模型,用于流域尺度二维浅水方程高效并行求解。通过三个算例检验了该模型的准确性、并行效率以及对亿级大模型的模拟能力。结果表明,该模型计算准确,并行加速效果显著,可模拟溃坝、大尺度复杂地形等条件下水动力过程,实现了对亿级网格洪水过程分钟级模拟。有望为我国洪水预报预警提供自主可靠的技术支撑,为流域大模型、区域地下水模型等其他大型水动力模型的异构并行计算提供借鉴。

关键词：偏微分方程求解水动力模型并行计算异构计算国产处理器洪水模拟

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基于水动力模型的农作物暴雨洪涝灾害损失评估:以江汉平原为例

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中国农业气象 2025年第3期46卷 420-431页

作者：秦鹏程周月华刘火胜夏智宏武汉区域气候中心武汉430074 武汉市公众气象服务中心武汉430040

洪涝灾害的形成涉及因素多、灾害链复杂,具有较大的时空变异性,构建可反映致灾过程空间异质性及其动态变化的机理性模型是准确估算灾害损失的关键。本研究通过将灾害损失表达为淹没水深和持续时间的函数构建洪涝脆弱性曲线,利用国际水... 详细信息

洪涝灾害的形成涉及因素多、灾害链复杂,具有较大的时空变异性,构建可反映致灾过程空间异质性及其动态变化的机理性模型是准确估算灾害损失的关键。本研究通过将灾害损失表达为淹没水深和持续时间的函数构建洪涝脆弱性曲线,利用国际水灾与风险管理中心基于二维扩散波方程构建的降雨−径流−淹没模拟模型(RRI)模拟洪水淹没动态,结合农作物种植分布及其所处生育阶段建立格点尺度洪涝损失定量评估模型,并以江汉平原地区典型洪涝灾害过程为例对模型进行检验。结果表明:RRI模型可以较好地模拟强降水后洪峰的形成和消退过程及地表淹没动态,流域控制断面径流量模拟误差为−14.8%~11.5%,地表淹没范围模拟精度在80%以上,模拟水深匹配率达84.2%~87.1%;农作物损失空间分布基本合理,地市级农作物受灾率、成灾率和绝收率估算偏差分别为−33.8%~6.4%、−10.8%~9.5%、−6.0%~1.8%。该方法具有精细化、定量化和动态评估等优点,可用于面向致灾过程的洪涝灾害快速评估、预估及复盘研究。

关键词：暴雨洪涝损失评估水动力模型江汉平原农作物

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水动力模型结合遥感技术的地表水水质动态监测与评估

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中文科技期刊数据库(全文版)自然科学 2025年第3期 057-060页

作者：耿亦骁河北华清环境科技集团股份有限公司河北石家庄 051430

实时监测与全面评估地表水状况是确保生态环境稳定及水资源科学管理的基础环节,其重要性不言而喻。在水质监控领域,方法常因监测区域有限及信息更新滞后,难以适应环境的动态变化,这已成为亟待克服的挑战。通过融合生水动力学模型和遥... 详细信息

实时监测与全面评估地表水状况是确保生态环境稳定及水资源科学管理的基础环节,其重要性不言而喻。在水质监控领域,方法常因监测区域有限及信息更新滞后,难以适应环境的动态变化,这已成为亟待克服的挑战。通过融合生水动力学模型和遥感科技,开发了一种新颖的水质监测手段,它能有效追踪水质变化,极大增强了水环境保护措施的准确性和科学依据,为环境管理决策提供了强有力的支持。文章深入探讨了生水动力学模型的理论体系,以及其如何模拟水体流动和污染物扩散过程,同时,详细阐述了遥感技术在水质参数估算及监测水体空间动态分布方面的卓越表现和应用前景。设计了一套水质监测新策略,巧妙融合模型分析与遥感科技,重点在于数据融合、参数优化及污染趋势预测,致力于提升水质监控的效能与精确度,确保水资源管理更加科学有效。通过对典型案例的细致研究,验证了这一策略不仅理论上有其合理性,在实践中也确实能够产生积极效果,彰显其应用价值。整合生物水动力模型与遥感技术,显著提升了水质动态监测的精确度和覆盖面,为空间时间维度上的水质分析提供了更科学的方法,进而为流域水质管理决策奠定了坚实的技术基础。这种技术融合不仅改进了监测手段,还促进了水质管理的科学化和精细化。

关键词：水动力模型遥感技术地表水水质监测污染扩散模拟

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基于HLL有限体积的一维河网水动力模型——以皎鄞区间为例

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人民珠江 2025年

作者：顾巍巍陈龙赞张景思李卫政杨雁飞张卫国宁波市水利水电规划设计研究院有限公司宁波市水资源信息管理中心长江水利委员会水文局

为解决一维河网模型在复杂地区求解困难以及激波捕捉能力不足的问题，基于有限体积离散圣维南方程，使用HLL（HyperLogLog）近似黎曼求解器求解界面数值通量，结合拓展黎曼方法求解汊点水位，建立了适用于山区平原河网的复杂河网水动力... 详细信息

为解决一维河网模型在复杂地区求解困难以及激波捕捉能力不足的问题，基于有限体积离散圣维南方程，使用HLL（HyperLogLog）近似黎曼求解器求解界面数值通量，结合拓展黎曼方法求解汊点水位，建立了适用于山区平原河网的复杂河网水动力模型。通过溃坝模型验证了模型的合理性，表明模型处理跨临界流变化能力较强，且在露滩情况下能有准确的结果，计算稳定；将模型应用于皎鄞区间，结果表明该模型能够较好地处理山区来水少时遇到的露滩问题，并且在洪水期间具有较高的模拟精度，能够准确地反映洪水的涨落过程和洪峰出现的时间，与有限差分方法相比模拟精度相当，计算效率相提高了15.7%，在水位预警预报方面具有更高的精度，能够为防洪决策提供重要支撑作用。所建立模型能够为山区等复杂地形下的洪水预报模拟提供新的思路。

关键词：水动力模型有限体积法 HLL近似黎曼解汊点求解山区河道

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基于水动力模型的河道清淤方案比选研究

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人民珠江 2025年

作者：同玉贾金睿侯精明景静张凡周庆诗王添刘玉玲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

为了探究不同河道清淤方案的清淤效果，采用GPU加速的水动力模型构建研究区域的洪水演进模型，模拟不同重现期下实施4种清淤方案后研究区域河道的洪水淹没情况。结果表明：①各方案对洪水淹没的减少效果与清淤挖方量从高到低均为全断面... 详细信息

为了探究不同河道清淤方案的清淤效果，采用GPU加速的水动力模型构建研究区域的洪水演进模型，模拟不同重现期下实施4种清淤方案后研究区域河道的洪水淹没情况。结果表明：①各方案对洪水淹没的减少效果与清淤挖方量从高到低均为全断面方案、组合式方案、仅漫滩方案、仅深泓方案；②各方案淹没面积分别减少了4.20%～21.68%、1.57%～13.85%、6.66%～43.60%、5.63%～39.70%，组合式方案的淹没面积削减率比全断面方案各重现期平均少了2.19%，但全断面方案的挖方量比组合式方案多了21.89%；③以淹没面积削减量与清淤挖方量的比值表示单位挖方量的淹没面积减少能力，各清淤方案的减少能力分别为7.34%～12.49%、2.75%～7.98%、8.86%～19.08%、9.13%～21.18%。各重现期下组合式方案的淹没面积削减能力均为最大，故确定组合式方案为4种清淤方案的综合最优方案。本研究可为河道清淤、防洪减灾提供参考。

关键词：水动力模型河道清淤挖方量洪水淹没

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基于水动力模型的河道清淤方案比选研究

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人民珠江 2025年第4期46卷 92-100页

作者：同玉贾金睿侯精明景静张凡周庆诗王添刘玉玲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710048

为了探究不同河道清淤方案的清淤效果,采用GPU加速的水动力模型构建研究区域的洪水演进模型,模拟不同重现期下实施4种清淤方案后研究区域河道的洪水淹没情况。结果表明:①各方案对洪水淹没的减少效果与清淤挖方量从高到低均为全断面方... 详细信息

为了探究不同河道清淤方案的清淤效果,采用GPU加速的水动力模型构建研究区域的洪水演进模型,模拟不同重现期下实施4种清淤方案后研究区域河道的洪水淹没情况。结果表明:①各方案对洪水淹没的减少效果与清淤挖方量从高到低均为全断面方案、组合式方案、仅漫滩方案、仅深泓方案;②各方案淹没面积分别减少了4.20%~21.68%、1.57%~13.85%、6.66%~43.6%、5.63%~39.7%,组合式方案的淹没面积削减率比全断面方案各重现期平均少了2.19%,但全断面方案的挖方量比组合式方案多了21.89%;③以淹没面积削减量与清淤挖方量的比值表示单位挖方量的淹没面积减少能力,各清淤方案的减少能力分别为7.34%~12.49%、2.75%~7.98%、8.86%~19.08%、9.13%~21.18%。各重现期下组合式方案的淹没面积削减能力均为最大,故确定组合式方案为4种清淤方案的综合最优方案。本研究可为河道清淤、防洪减灾提供参考。

关键词：水动力模型河道清淤挖方量洪水淹没

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基于一二维耦合水动力模型的峡江水利枢纽工程洪水风险研究

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水利规划与设计 2025年第06期 53-57页

作者：王颖石强张煜刘亮周楠徐曙光江西省峡江水利枢纽工程管理局江西省水投江河信息技术有限公司自然资源部大湖流域国土空间生态保护修复工程技术创新中心

文章以峡江水利枢纽上游库区为研究区域，搭建库区及其影响区域一二维水动力模型，并使用侧向连接方式耦合一二维水动力模型，利用模型开展库区洪水风险研究。以研究区域内2024年6月历史场次洪水为基础，对水动力模型进行参数率定。各... 详细信息

文章以峡江水利枢纽上游库区为研究区域，搭建库区及其影响区域一二维水动力模型，并使用侧向连接方式耦合一二维水动力模型，利用模型开展库区洪水风险研究。以研究区域内2024年6月历史场次洪水为基础，对水动力模型进行参数率定。各个站点的平均确定性系数为0.9，洪峰水位相对误差在±5cm以内。基于率定后的水动力模型，根据4个频率下的设计洪水资料，模拟并分析水库敞泄情况下峡江库区的淹没情况，统计淹没面积，为峡江水利枢纽防洪调度策略制定及应急抢险方案编制提供技术支撑。

关键词：水动力模型耦合模型洪水风险淹没范围峡江水利枢纽

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2维水动力模型中入流边界优化处理方法

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工程科学与技术 2022年第4期54卷 39-46页

作者：侯精明汪煜张兆安李丙尧王俊珲张大伟西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048 河海大学水文水资源学院江苏南京210024 中国水利水电科学研究院北京100038

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2维水动力模型... 详细信息

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2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,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86 s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,为洪水灾害管理决策提供技术支撑。

关键词：水动力模型入流边界洪水演进 Toce河

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水动力模型驱动下的智能船舶仿真平台研究

水动力模型驱动下的智能船舶仿真平台研究

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作者：杨晓大连海事大学

学位级别：博士

在交通强国和海洋强国战略的指引下,我国正不断加快智能船舶的研发。智能船舶与普通船舶相比,无论自主航行还是远程遥控,在船舶航行过程中都离不开远程岸基中心和适任的岸基操作人员的支持。本文聚焦行业对智能船舶岸基中心和仿真训练... 详细信息

在交通强国和海洋强国战略的指引下,我国正不断加快智能船舶的研发。智能船舶与普通船舶相比,无论自主航行还是远程遥控,在船舶航行过程中都离不开远程岸基中心和适任的岸基操作人员的支持。本文聚焦行业对智能船舶岸基中心和仿真训练系统的需求,针对智能船舶离线动态演进过程中缺少高精度船舶操纵运动数学模型的问题,以及智能船舶岸基中心缺乏友好的船舶数据呈现及交互载体的问题,在船舶操纵设备数值模拟、船舶操纵运动数值模拟及基于数字孪生的智能船舶仿真平台方面展开了相关研究。主要研究工作如下:1)针对研究中涉及到的计算流体动力学理论以及航海虚拟仿真技术进行了总结和论述。从流体的控制方程出发,总结了本文数值模拟研究中采用的RNGk-ε模型、SST k-ω模型以及RSM模型,介绍了数值离散常用的有限体积法以及对离散后的代数方程组进行求解的SIMPLE算法,给出了 ITTC对于船舶数值模拟最新推荐的不确定度分析规程。对智能船舶仿真平台涉及到的三维虚拟场景建模、三维空间的取景和几何变换以及虚拟物体的碰撞检测算法进行了讨论。2)针对螺旋桨和半悬挂舵的水动力性能进行了系列数值模拟研究。以国际标准船模KVLCC2的KP458螺旋桨为研究对象,对不同进速系数和湍流模型下的螺旋桨周围流场进行了数值模拟,分析了不同进速系数下和湍流模型下螺旋桨的推力、扭矩和效率。通过螺旋桨表面压力、尾流及涡强度分布图,分析了螺旋桨推力系数的变化以及梢涡、毂涡的生成和变化。以KVLCC2船模的半悬挂舵为研究对象,对不同攻角下半悬挂舵的水动力性能和周围流场进行了数值模拟,分析了作用在挂舵臂和舵叶上的升力和阻力,分析了半悬挂舵的表面压力和周围流场的流矢量分布。为确保数值计算的有效性,按照ITTC最新的不确定度分析规程对螺旋桨和半悬挂舵的数值模拟结果做了验证和确认。在螺旋桨和半悬挂舵水动力性能分析的基础上,数值模拟了螺旋桨和半悬挂舵之间的相互干扰,比较了桨舵干扰和敞水试验下螺旋桨的推力系数和转矩系数,分析了不同桨舵间距对螺旋桨水动力性能的影响。3)针对船舶操纵运动流场及水动力进行了数值模拟研究。以国际标准船模KVLCC2为研究对象,数值模拟了不同漂角下的船舶斜航运动,解算了斜航运动下船舶的阻力系数、横向力系数和转艏力矩系数,将数值模拟结果与NMRI的水池试验结果比较,本文的数值模拟结果与水池试验结果总体吻合较好。分析了不同湍流模型下船体表面压力分布、涡度分布和绕流特性,发现湍流模型SST k-ω能够更好的呈现船舶周围流场的压力及涡度分布。为确保数值计算结果的有效性,按照ITTC最新的不确定度分析规程对数值结果做了验证和确认。数值模拟了船舶在斜航运动、不同舵角下的拖曳运动、横荡运动、艏摇运动等四种运动工况,解算出了无因次化的船舶水动力位置导数、控制导数、线加速度导数、角速度导数以及角加速度导数。4)针对智能船舶仿真平台系统架构及开发中的系列关键技术进行了研究。建立了具备在线和离线两种模式的智能船舶仿真平台架构,确定了仿真平台在线模式下作为虚拟岸基中心的11项主要功能,以及离线模式下作为虚拟训练系统的13项主要功能,设计了键鼠交互、触控交互、语音交互、VR头盔及手柄交互以及动作识别交互等五种交互方式。基于KVLCC2的数值模拟方法,为巴拿马籍57000吨散货船“CHANG SHAN HAI”建立了船舶操纵运动数学模型,并对模型进行了 35°左满舵旋回和10°/10°Z形仿真试验。通过搭建智能船舶三维模型层次结构,建立并优化了智能船舶三维模型,提高了场景真实感和实时性;从场景漫游、快速导航及瞬移、交互行为等方面实现了智能船舶的三维交互仿真。建立了智能船舶的数字孪生驾驶台,开发了基于IEC61162海事标准数据格式的航海仪器仿真设备,实现了仿真设备与实船设备数据的无缝对接。基于上述研究结果,本文开发了具备在线和离线两种模式的智能船舶仿真平台。通过对国际标准船模KVLCC2的数值模拟与结果验证,为智能船舶仿真平台离线动态演进过程建立了高精度的船舶操纵运动数学模型。通过对智能船舶仿真平台架构及关键技术的研究,开发了智能船舶数字孪生驾驶台,解决了智能船舶虚拟岸基中心数据呈现及交互的问题。智能船舶仿真平台在线模式下可作为智能船舶虚拟岸基中心,实时接收和显示实船数据;智能船舶仿真平台离线模式下可作为智能船舶虚拟训练系统,为岸基操作人员和船员提供高沉浸感的仿真训练。

关键词：智能船舶水动力模型数值模拟虚拟现实数字孪生

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基于 K 近邻和水动力模型的城市内涝快速预报

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水资源保护 2023年第3期39卷 91-100页

作者：潘鑫鑫侯精明陈光照周聂吕佳豪梁鑫唐君言张松西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048 中国城市规划设计研究院北京100044 四川水利职业技术学院水利工程学院四川成都611830

利用水动力模型模拟各量级降雨情况下的城市内涝演变过程,以内涝演变过程数据作为K近邻算法机器学习模型的训练集进行模型训练,采用大气数值模式预报降雨驱动经过训练的K近邻算法机器学习模型进行城市内涝快速预报,并以陕西省秦汉新城3... 详细信息

利用水动力模型模拟各量级降雨情况下的城市内涝演变过程,以内涝演变过程数据作为K近邻算法机器学习模型的训练集进行模型训练,采用大气数值模式预报降雨驱动经过训练的K近邻算法机器学习模型进行城市内涝快速预报,并以陕西省秦汉新城3场实测降雨检验了模型的预报性能。结果表明:该模型可在17s内快速预测出城市内涝积水,预报内涝积水面积平均误差不超过8%,积水量及积水深度平均误差不超过15%;该模型预报性能较好,可增强城市防灾减灾能力,有效降低生命财产损失。

关键词：城市内涝 K近邻算法水动力模型机器学习模型快速预报秦汉新城

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