基于GIS的河流動(dòng)力學(xué)模型及風(fēng)險(xiǎn)圖制作應(yīng)用研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及人們對(duì)流體運(yùn)動(dòng)基本理論的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，河流動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型在科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、環(huán)境和生態(tài)影響評(píng)估等相關(guān)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本文在傳統(tǒng)的河流動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)造適應(yīng)復(fù)雜邊界條件的方程離散格式和數(shù)值方法，考慮了非均勻沙沉速、床沙級(jí)配調(diào)整及橫向沖刷坍塌變形等關(guān)鍵因素，針對(duì)科研、生產(chǎn)及學(xué)科發(fā)展的現(xiàn)實(shí)和未來需求，耦合了基于GIS的前后處理系統(tǒng)。 ⑴對(duì)于FVM方法從空氣動(dòng)力學(xué)移植到淺水流動(dòng)的模擬，采用三點(diǎn)高斯

2、積分法來計(jì)算各邊的平均法向通量，避免了由水壓力與底坡項(xiàng)不平衡所導(dǎo)致的動(dòng)量不守恒問題，不但避免了由于大的水深梯度所產(chǎn)生的虛擬流動(dòng)現(xiàn)象，也真實(shí)反應(yīng)了狀態(tài)向量在控制體內(nèi)的分布。 ⑵對(duì)于生成計(jì)算域地形邊界條件所需的重要數(shù)據(jù)源-地形大斷面，采用道格拉斯-普克數(shù)據(jù)抽稀算法提取斷面特征節(jié)點(diǎn)，根據(jù)斷面節(jié)點(diǎn)的干濕屬性識(shí)別主槽和嫩灘分界點(diǎn)，根據(jù)生產(chǎn)堤和控導(dǎo)工程特征識(shí)別出嫩灘和老灘分界點(diǎn)，使得精確快速生成大斷面標(biāo)志性數(shù)據(jù)成為可能。 ⑶河流動(dòng)力

3、學(xué)數(shù)學(xué)模型的可視化是以大量的區(qū)域空間信息為基礎(chǔ)的，GIS的發(fā)展為數(shù)學(xué)模型可視化提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。利用ArcGIS軟件及GIS的二次開發(fā)接口，實(shí)現(xiàn)了模型與GIS的高效集成，設(shè)計(jì)和開發(fā)出基于GIS的前后處理系統(tǒng)，在地形高程的生成精度、信息查詢速度和可視化程度方面有了明顯提高。 ⑷將經(jīng)過驗(yàn)證的模型系統(tǒng)應(yīng)用于東平湖蓄滯洪區(qū)風(fēng)險(xiǎn)圖制作，對(duì)整個(gè)湖區(qū)進(jìn)行了水動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬計(jì)算。針對(duì)50年一遇、100年一遇、1000年一遇不同頻率洪水，根據(jù)