摘要：随着计算机技术的发展,网格划分技术日趋成熟。针对变化环境下洪涝灾害频发以及实际地形范围广泛,且通常存在狭长沟道与广阔泛洪区等问题,本文建立了一套具有层次拓扑关系的结构化非均匀网格划分模型,并与基于GPU加速的高分辨率数值模型相结合模拟地表水流动过程。高质量网格影响着模型计算精度与计算效率,非均匀网格划分技术以地形高程的梯度变化为基础设计网格划分原则,在需要高分辨率网格的计算域中检测关键地形特征以可靠地求解浅水方程,并对局部区域网格静态加密,从而在较准确捕获水位计算敏感区的同时减少计算网格数量,降低计算成本。数值模型采用Godunov格式有限体积法进行空间离散,利用TVD–MUSCL格式将模型时间与空间精度提高至2阶,通过GPU并行技术在不降低计算精度基础上大幅提高模型运行速度。使用理想和实际案例来演示基于GPU加速的高分辨率模型在非均匀网格上的流量模拟性能,以较为准确获取洪水淹没时间及淹没面积等信息。结果表明,基于非均匀网格的高分辨率数值模型具有良好的稳定性,与均匀网格相比,在保证模拟精度的前提下,其运行速度约为均匀网格的2~3倍,计算效率在GPU加速基础上进一步提高。新模型适用于模拟复杂区域的大规模洪水演进及城市内涝过程,在实际大尺度洪水模拟中具有一定潜力。

摘要：传统运动服装设计忽略了服装压力对运动员生理和心理状态的影响,随着现代体育科学的发展,运动服设计也需要结合运动生理学,注重运动服装的压力和舒适性,这有助于运动员进行肌肉活动,促进运动员的血液循环,减少运动员的疲劳。

摘要：针对城市洪涝过程数值模拟计算结果对数据精度的高度敏感性问题,以及满足城市洪涝过程高逼真度展示的需要,本文将倾斜摄影测量获取的高精度测绘地理数据用于城市洪涝过程数值模拟计算,以获取的高精度计算结果和倾斜摄影实景三维建模等数据为支撑,提出基于倾斜摄影的城市洪涝过程三维可视化展示方法。首先设计基于倾斜摄影的城市洪涝过程三维动态可视化技术流程框架,然后重点研究倾斜摄影实景三维建模与三维地理空间场景构建、洪涝淹没数据与DEM数据整合等关键技术,最后定制开发洪涝过程三维可视化展示系统Flood-3DGIS,通过实例对城市洪涝过程进行了三维实景动态仿真可视化展示,结果实用、可靠。文章成果可有效提升城市洪涝可视化认知水平,其作为城市防洪减灾非工程措施的重要技术支撑,具有良好实际应用价值。

摘要：目前LID设施优化设计方法中常采用水文方法进行模拟计算,而该方法存在模拟精度不高等问题。基于NSGA-Ⅱ算法并利用城市一、二维耦合水动力高精度数值模型提出了LID设施优化设计成本效益方案的自动寻优方法。将该优化设计方法应用于西安市西咸新区海绵城市建设,分别对单项及组合LID设施优化解集中3种不同建设成本方案进行了分析。结果表明:随着建设成本的增加,单项及组合LID设施的建设效果也随之增加;在相同建设低成本的方案中,组合LID设施建设效果会低于某单项LID设施建设效果,但随着建设成本的持续增加,最终组合设施的建设效果会优于单项设施;决策者可以基于此种方法得到LID设施建设成本与建设效果间的规律,选择满足实际工程需求的设施建设最优方案。

摘要：城市管网系统常会出现淤堵致使管网排水能力降低,且管网清淤工作难度高,效率低。为此,采用SWMM模拟技术提出一套快速恢复管网排水能力的清淤方案,分析清淤前工况的管网溢流节点位置确定重点清淤管道,通过清理重点清淤管道快速恢复管网排水能力。以陕西省沣西新城天福和园小区的管网系统为例,按照全局管网淤积系数(GSC)将清淤前工况划分为7种情况;在不同设计降雨条件下分别进行模拟,并对管网排口流量过程和管网总溢流量进行统计分析,该管网系统共有31根排水管道,通过模拟分析确定了11根重点清淤管道,建立清淤后工况模型。模拟结果显示:清淤后,7种情况的管网排口流量过程线恢复至与无淤积工况几乎完全重合;管网总溢流量较清淤前工况大大降低,降低百分比最小的情况也达到91.2%。

摘要：为探究建筑小区雨水花园空间布局对径流过程的影响规律,采用耦合SWMM(暴雨洪水管理模型)管网模块和GAST模型(基于GPU加速技术的地表水动力数值模型)的一二维耦合水动力模型,并以西咸新区天福和园小区为例,模拟计算了实测降雨条件下的径流过程。以雨水花园为研究对象,分别在该小区上、中、下游布设雨水花园,模拟6种重现期,共18种典型工况下其对管网出口径流的调控效果。结果表明:该耦合模型可精确可靠地模拟城市管网排水及地表积涝过程,纳什效率系数为0.80和0.76,模拟结果较好;随着设计降雨重现期增加,径流总量控制率逐渐降低;在相同重现期下,将雨水花园布设于下游侧的径流总量控制率较布设于上游侧时提升了5.33~8.74百分点,提升效果较明显。可见,该研究结果可为优化建筑小区雨水花园空间布局提供参考。

摘要：近年来,受极端暴雨影响导致城市内涝等自然灾害频发,洪涝模型在预测地表水流动及相关过程中起着重要作用。为了进一步提高数值模型的计算效率,该文将GPU并行技术、非均匀网格划分技术及局部时间步长(LTS)算法耦合,开发了一套基于GPU加速与局部时间步长算法的非均匀网格模型。模型根据不同的土地利用类型,制定不同的网格优化准则来划分网格,从而较精确地描述复杂的城市地形特征。模型在水力要素敏感区加密网格以进行高分辨率计算,利用HLLC近似黎曼求解器计算界面通量,将模型分别应用到理想与实际算例中,结果表明:模型可有效捕捉干湿边界情况,具有一定的稳定性,模拟结果与均匀网格模型及解析解接近,可有效模拟降雨-地表产汇流过程;在沣西新城的城市内涝模拟中,模拟结果与实测及均匀网格模型相比,积水面积平均误差分别为4.1%和10.2%,计算效率较常规均匀网格模型和整体时间步长非均匀模型可分别提高4.5倍与2.3倍。综上所述,模型在非均匀网格、GPU加速和局部时间步长算法三者基础上大幅提高模型的计算效率,为解决实际复杂地形的大尺度城市内涝模拟遇到的计算效率较低等问题提供了相关参考。

摘要：水文水动力数值模拟仿真等专业教学实验中,传统大型仪器设备和实验模型存在构造复杂、占用专用场地、价格昂贵、涉水涉电等问题。基于虚拟现实技术(VR),针对极端水力学现象和城市雨洪、河道洪水等典型水灾害演进过程,研究基于VR的水模拟水灾害教学实验平台。设计平台搭建和开发模式,开发城市雨洪、河道洪水等典型水灾害的VR体验系统,面向高校水利相关专业教学实验和海绵城市科普宣教等应用场景搭建了VR教学实验平台,对研究展开实践应用。

摘要：突发水污染事故后,高效准确模拟预测是快速采取有效防控措施和制定应急预案的基础。采用基于非均匀网格的图形处理器(graphics processing unit,GPU)加速的水动力及污染物输移数值模型(GPU accelerated surface water flow and associated transport,GAST)对暴雨山洪或溃坝洪水引起的突发水污染事故中污染物输移规律进行了模拟预测。模型采用Godunov格式的有限体积法求解二维浅水方程和污染物输移方程,采用一种基于HLLC(Harten-Lax-Van Leer-contact)的近似黎曼求解器计算单元网格界面通量,采用二阶高精度格式(monotonic upstream-centred scheme for conservation laws,MUSCL)限坡线性重建和龙格-库塔时间积分法实现了二阶精度,同时采用GPU加速计算技术提高模型计算效率。算例结果表明:采用非均匀网格技术局部细化地形复杂区域生成精细网格,地势平坦区域粗化网格,大幅度减少了计算域网格数量,并且在保证模拟精度的同时,提升了模型计算效率。该模型可高效准确地模拟突发水污染事件中污染物输移过程,适用于大规模水污染事故的快速预警和评估。