耦合水文过程的地表水动力数值模拟方法及应用
出版时间:
2022-06
版次:
1
ISBN:
9787030710277
定价:
155.00
装帧:
精装
开本:
16开
纸张:
胶版纸
页数:
183页
字数:
240.000千字
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《耦合水文过程的地表水动力数值模拟方法及应用》系统介绍基于Godunov格式的有限体积数值求解方法。首先，阐述地表水文水动力物理过程、数学控制方程与有限体积求解格式；重点介绍二维浅水方程的数值求解方法，包括HLLC近似黎曼求解器计算通量、底坡源项法计算底坡源项、显隐式法计算摩阻源项；通过静水重构等方法来实现全稳条件和干湿边界处理。其次，介绍水文产流的表征，通过下渗和蒸腾蒸发等过程计算净雨量来表征；详细介绍城市流域管网排水过程的明流与压力流模拟方法及其与地表径流模型的耦合方式，以及模型二阶精度格式和显卡加速计算方法。最后，介绍模型在城市与流域雨洪过程模拟、江河洪水管理等方面的应用。 目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 地表水文水动力主要物理过程及数学表达 3
1.2.1 降水产流过程及其控制方程 4
1.2.2 地表汇流过程及其控制方程 6
1.3 水文水动力过程数值模型分类与介绍 10
1.3.1 水文模型 10
1.3.2 水动力模型 12
参考文献 14
第2章 基于Godunov格式的有限体积数值求解方法及通量计算 18
2.1 浅水方程常用数值求解方法 18
2.2 通量计算 22
2.2.1 Godunov格式 22
2.2.2 近似黎曼求解器 24
2.3 时间步进方法 27
2.4 边界条件 28
2.4.1 开边界条件 29
2.4.2 闭边界条件 30
参考文献 31
第3章 底坡源项及摩阻源项处理方法 33
3.1 底坡源项处理方法 33
3.2 摩阻源项处理方法 36
3.2.1 分裂点隐式法 36
3.2.2 显隐式法 38
参考文献 42
第4章 干湿交替过程模拟方法 44
4.1 全稳条件 45
4.2 静水重构法 45
4.3 干湿边界处理 48
参考文献 52
第5章 二阶精度格式 55
5.1 一维非结构网格TVD格式 56
5.2 二维非结构网格TVD格式 57
5.2.1 二维非结构网格TVD格式Ⅰ 57
5.2.2 二维非结构网格TVD格式Ⅱ 59
5.2.3 二维非结构网格TVD格式Ⅲ 60
5.3 MUSCL重构 63
参考文献 68
第6章 水文过程耦合模拟 69
6.1 蒸腾蒸发过程模拟 69
6.2 植被截留过程模拟 72
6.3 下渗过程模拟 74
6.4 净雨量计算方法 77
参考文献 79
第7章 城市管网排水过程模拟方法 80
7.1 管网排水水动力过程及其控制方程 81
7.2 管网排水水动力模拟计算 85
7.3 管网排水过程与地表径流过程耦合模拟 88
7.4 无管网资料区管网排水过程概化模拟算法 90
7.4.1 道路等效排水方法 91
7.4.2 雨水井等效排水方法 91
参考文献 94
第8章 水动力模型加速技术 95
8.1 加速算法简介 95
8.2 CPU加速技术 97
8.3 GPU加速技术 98
8.4 GPU相对于CPU优势 100
8.5 GPU加速技术实现流程 101
8.5.1 基于GPU计算技术实现流程 101
8.5.2 基于CUDA架构的GPU计算 104
8.6 计算加速效果 105
8.6.1 基于GPU加速的并行计算平台搭建 105
8.6.2 基于GPU并行计算的加速效果对比分析 106
参考文献 111
第9章 洪水演进过程模拟算例 113
9.1 莫珀斯洪水演进过程数值模拟 113
9.1.1 研究区概况 113
9.1.2 模型设置及模拟结果分析 115
9.2 托斯大坝溃坝洪水演进过程数值模拟 118
9.2.1 研究区概况 118
9.2.2 模型设置及模拟结果分析 119
9.3 小峪河洪水演进数值模拟及成因分析 122
9.3.1 研究区概况 122
9.3.2 模型设置及模拟结果分析 129
9.4 金沙江白格堰塞湖溃坝洪水演进数值模拟 134
9.4.1 研究区概况 134
9.4.2 模型设置及模拟结果分析 136
9.5 唐家山堰塞湖溃坝洪水演进高性能数值模拟 140
9.6 马尔巴塞大坝溃坝洪水演进过程高性能数值模拟 144
参考文献 147
第10章 流域雨洪过程模拟 149
10.1 理想V型流域雨洪过程模拟 149
10.2 实验流域雨洪过程模拟 152
10.3 王茂沟流域雨洪过程模拟 154
10.4 赫尔莫萨流域雨洪过程模拟 157
10.5 宝盖寺流域雨洪过程模拟 160
参考文献 164
第11章 城市内涝过程模拟 166
11.1 陕西省西咸新区沣西新城内涝模拟 166
11.1.1 地表水文水动力模型实例分析 166
11.1.2 管网排水水动力模型实例分析 172
11.2 宁夏回族自治区固原市内涝模拟 178
11.2.1 研究区域概况 178
11.2.2 模型基础数据 179
11.2.3 模拟结果分析 181
参考文献 183
彩图
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内容简介:
《耦合水文过程的地表水动力数值模拟方法及应用》系统介绍基于Godunov格式的有限体积数值求解方法。首先，阐述地表水文水动力物理过程、数学控制方程与有限体积求解格式；重点介绍二维浅水方程的数值求解方法，包括HLLC近似黎曼求解器计算通量、底坡源项法计算底坡源项、显隐式法计算摩阻源项；通过静水重构等方法来实现全稳条件和干湿边界处理。其次，介绍水文产流的表征，通过下渗和蒸腾蒸发等过程计算净雨量来表征；详细介绍城市流域管网排水过程的明流与压力流模拟方法及其与地表径流模型的耦合方式，以及模型二阶精度格式和显卡加速计算方法。最后，介绍模型在城市与流域雨洪过程模拟、江河洪水管理等方面的应用。
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目录:
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 地表水文水动力主要物理过程及数学表达 3
1.2.1 降水产流过程及其控制方程 4
1.2.2 地表汇流过程及其控制方程 6
1.3 水文水动力过程数值模型分类与介绍 10
1.3.1 水文模型 10
1.3.2 水动力模型 12
参考文献 14
第2章 基于Godunov格式的有限体积数值求解方法及通量计算 18
2.1 浅水方程常用数值求解方法 18
2.2 通量计算 22
2.2.1 Godunov格式 22
2.2.2 近似黎曼求解器 24
2.3 时间步进方法 27
2.4 边界条件 28
2.4.1 开边界条件 29
2.4.2 闭边界条件 30
参考文献 31
第3章 底坡源项及摩阻源项处理方法 33
3.1 底坡源项处理方法 33
3.2 摩阻源项处理方法 36
3.2.1 分裂点隐式法 36
3.2.2 显隐式法 38
参考文献 42
第4章 干湿交替过程模拟方法 44
4.1 全稳条件 45
4.2 静水重构法 45
4.3 干湿边界处理 48
参考文献 52
第5章 二阶精度格式 55
5.1 一维非结构网格TVD格式 56
5.2 二维非结构网格TVD格式 57
5.2.1 二维非结构网格TVD格式Ⅰ 57
5.2.2 二维非结构网格TVD格式Ⅱ 59
5.2.3 二维非结构网格TVD格式Ⅲ 60
5.3 MUSCL重构 63
参考文献 68
第6章 水文过程耦合模拟 69
6.1 蒸腾蒸发过程模拟 69
6.2 植被截留过程模拟 72
6.3 下渗过程模拟 74
6.4 净雨量计算方法 77
参考文献 79
第7章 城市管网排水过程模拟方法 80
7.1 管网排水水动力过程及其控制方程 81
7.2 管网排水水动力模拟计算 85
7.3 管网排水过程与地表径流过程耦合模拟 88
7.4 无管网资料区管网排水过程概化模拟算法 90
7.4.1 道路等效排水方法 91
7.4.2 雨水井等效排水方法 91
参考文献 94
第8章 水动力模型加速技术 95
8.1 加速算法简介 95
8.2 CPU加速技术 97
8.3 GPU加速技术 98
8.4 GPU相对于CPU优势 100
8.5 GPU加速技术实现流程 101
8.5.1 基于GPU计算技术实现流程 101
8.5.2 基于CUDA架构的GPU计算 104
8.6 计算加速效果 105
8.6.1 基于GPU加速的并行计算平台搭建 105
8.6.2 基于GPU并行计算的加速效果对比分析 106
参考文献 111
第9章 洪水演进过程模拟算例 113
9.1 莫珀斯洪水演进过程数值模拟 113
9.1.1 研究区概况 113
9.1.2 模型设置及模拟结果分析 115
9.2 托斯大坝溃坝洪水演进过程数值模拟 118
9.2.1 研究区概况 118
9.2.2 模型设置及模拟结果分析 119
9.3 小峪河洪水演进数值模拟及成因分析 122
9.3.1 研究区概况 122
9.3.2 模型设置及模拟结果分析 129
9.4 金沙江白格堰塞湖溃坝洪水演进数值模拟 134
9.4.1 研究区概况 134
9.4.2 模型设置及模拟结果分析 136
9.5 唐家山堰塞湖溃坝洪水演进高性能数值模拟 140
9.6 马尔巴塞大坝溃坝洪水演进过程高性能数值模拟 144
参考文献 147
第10章 流域雨洪过程模拟 149
10.1 理想V型流域雨洪过程模拟 149
10.2 实验流域雨洪过程模拟 152
10.3 王茂沟流域雨洪过程模拟 154
10.4 赫尔莫萨流域雨洪过程模拟 157
10.5 宝盖寺流域雨洪过程模拟 160
参考文献 164
第11章 城市内涝过程模拟 166
11.1 陕西省西咸新区沣西新城内涝模拟 166
11.1.1 地表水文水动力模型实例分析 166
11.1.2 管网排水水动力模型实例分析 172
11.2 宁夏回族自治区固原市内涝模拟 178
11.2.1 研究区域概况 178
11.2.2 模型基础数据 179
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