數字模擬技術在洞庭湖區水安全中的應用研究 王在艾 劉易莊 蔣婕妤 9787563087990 【台灣高等教育出版社】

目錄

第一章 緒論
1 1 研究背景及意義
1 1 1 研究背景
1 1 2 研究進展
1 2 研究內容
1 2 1 完善以水利工程信息為特色的洞庭湖區大數據節 點
1 2 2 完善三維地圍和中間件技術的水利工程群信息展示系統
1 2 3 完善以耦合分蓄洪的分區串聯大湖模型為核心的模型紅服務群
1 2 4 研究以水安全決策支撐為目標的系統校驗和應用示例
第二章 研究區城
2 1 自然地理
2 2 水文氣象
2 2 1 氣候降水
2 2 2 水文特徵
2 2 3 洪水特性
2 3 河網水系
2 3 1 長江
2 3 2 四口河系
2 3 3 洞庭湖及洪道
2 3 4 “四水河系
2 3 5 汨羅江、新牆河
2 3 6 歷史演變
2 3 7 江湖關係變化
2 4 水利工程
2 4 1 長江水庫群
2 4 2 城陵磯附近蓄滯洪區
2 4 3 控制性水閘
第三章 洞庭湖區洪水演進及分蓄洪模型
3 1 經典算法
3 2 模型概況
3 2 1 計算範圍
3 2 2 空間地形數據合成
3 2 3 模型簡化
3 2 4 利用線性水庫簡化
3 2 5 利用非線性水庫簡化
3 2 6 三口分洪計算
3 3 參數自動優選
3 4 子區間產匯流算法
3 4 1 匯流時間
3 4 2 徑流量在時段上的劃分
3 4 3 蒸發
3 4 4 產流
3 4 5 產匯流耦合
3 4 6 參數
3 4 7 輸出
3 5 分蓄洪算法
3 5 1 分洪口空間佈置
3 5 2 分洪口門外河水位時間序列
3 5 3 蓄洪量和進洪流量
3 5 4 堤垸淹沒區算法
3 6 1954年洪水演進模擬
3 6 1 洪水分析
3 6 2 計算範圍
3 6 3 參數率定
3 6 4 長江邊界條件
3 6 5 超額洪量計算
3 7 分洪運用經濟損失
3 7 1 洞庭湖區蓄滯洪區
3 7 2 洪湖蓄滯洪區
3 8 小結
第四章 西官垸分蓄洪數值模擬模型
4 1 模型介紹
4 1 1 基本方程
4 1 2 初始條件和邊界條件
4 1 3 關鍵問題處理
4 1 4 水動力方程的離散求解
4 2 動邊界處理
4 3 模型率定與驗證
4 3 1 2019年洪水率定
4 3 2 2020年洪水率定
4 4 西官垸開閘分洪模擬
4 4 1 1998年典型洪水
4 4 2 2003年典型洪水
4 5 小結
第五章 西官垸河道水環境調度模擬
5 1 一維河網水質模擬
5 1 1 水動力模型
5 1 2 水質模型
5 2 模型構建
5 2 1 模型計算範圍和網格劃分
5 2 2 邊界條件設置
5 2 3 模型計算參數確定
5 3 模型率定
5 3 1 水動力率定與驗證
5 3 2 水質參數率定與驗證
5 4 模擬結果及水質保障調度方案制定
5 4 1 調水範圍和目標
5 4 2 調水原則
5 4 3 調度方案制定
5 5 小結
第六章 洞庭湖河道堤垸及分洪可視化數字平臺
6 1 基本功能
6 1 1 基礎信息展示
6 1 2 基礎功能
6 2 後臺管理
6 2 1 場景管理
6 2 2 垸區信息
6 2 3 基礎數據
6 2 4 分析模擬
6 2 5 共享管理
6 2 6 權限管理
6 2 7 系統管理
6 3 三維功能
6 3 1 湖區沙盤展示
6 3 2 場景配置模塊
6 3 3 屬性查看
6 3 4 場景漫遊
6 3 5 水下地形
6 4 分洪閘BIM模型展示
6 4 1 BIM技術介紹
6 4 2 基礎數據獲取
6 4 3 BIM模型構建
6 4 4 BIM模型展示
6 5 西官垸可視化信息交互
6 5 1 技術原理
6 5 2 遵循標準
6 5 3 飛行系統
6 5 4 航測方案
6 5 5 外業數據采集
6 5 6 內業數據處理
6 5 7 三維可視化模型展示
6 6 堤垸分蓄洪三維情景模擬
6 6 1 技術原理
6 6 2 方案管理
6 6 3 開閘模擬
6 6 4 分洪模擬
6 6 5 情景模擬
6 6 6 西官垸洪水演進
第七章 結論與建議
7 1 結論
7 1 1 洞庭湖區分蓄洪模擬
7 1 2 西官垸洪水演進模擬
7 1 3 西官垸水環境調度模擬
7 1 4 洞庭湖河道堤垸及分洪可視化數字平臺
7 2 建議
參考文獻

前言/序言
洞庭湖作為長江中游重 要的調蓄湖泊，多年來形成 了以堤防為基礎、蓄滯洪區 、上游水庫和河道整治相配 套的防洪減災水生態修復的 傳統工程體系，對長江中游 地區的防洪、水資源、河湖 以及生態安全起到了重要的 作用。然而，隨著三峽工程 運用後洞庭湖江湖關係的變 化，以及推動水利高質量發 展尤其是數字李生水利建設 的要求，依靠傳統治理模式 已難以適應當前的新形勢， 利用新技術、新思路完善和 優化水利工程智能管理體系，強化水安全預警和決策能 力迫在眉睫。首先，當前洞庭湖區水 利工程基礎信息已有部分數 字化成果，但基礎成果多限 於平面化、單一化展示，數 字化覆蓋範圍不足、技術手 段不夠先進，且信息資源缺 乏系統有效的數字展示平臺 和共享機制，數據難以互補 、應用層次較低。其次，作 為數字化的核心部分，專業 模型能幫助決策者快速提煉 數字化成果基本規律和趨勢，但洞庭湖當前模型能力不 足，支撐決策精準化程度不 高。以分蓄洪為例，蓄洪容 積總計約340億m，儘管城 陵磯附近規劃湖南省24個洞 庭湖蓄滯洪區與湖北省洪湖 蓄滯洪區以有效分蓄洪水， 但在制定蓄洪坑分洪應急預 案時更多依據人為經驗而非 數字模擬模型開展預演、預 測，分洪決策高效性、客觀 性不足。最後，精準、高效 的模型模擬成果必須通過基 本要素的數字化與信息化進 行三維展示，才能發揮出智 能管理最直接的抓手作用， 然而洞庭湖區在模型成果三 維展示方面缺乏研究。因此，為實現依託湖區 基礎信息數字化成果，結合 數字化模擬快速提出分蓄洪 調度決策方案，合理利用分 蓄洪區以達到更高效的防洪 效果，本書基於洞庭湖水文 資料及水利工程等基礎信息，依託BIM模型、大場景下 三維傾斜攝影等數字建模技 術，集成洪水演進模型、水 環境模型，建設了三維可視 化成果和模型交互的數字平 台。平臺實現了湖區基礎信 息及典型堤烷主要水利工程 的三維可視化，包括洞庭湖 區水利工程基本情況介紹、 蓄滯洪區堤防三維展示、三 大坑及三小垸分洪閘BIM展 示、西官坑主要控制性水利 工程（水閘、泵站、安全區 、安全台等）三維傾斜攝影 模型；同時與湖區分蓄洪分 區串聯大湖模型、西官垸垸 內洪水演進模型、西官垸垸 內河網水質模擬模型等模型 組件結合，實現堤坑分蓄洪 閘門自定義啟閉聯動的三維 情景分蓄洪模擬結果，最終 形成”數據-自動模擬-可視 化-用戶-操控-控制模擬-再 次可視化”多次循環的人-機 -模型實時交互技術效果。本書研究成果有助於提高湖 區防洪、飲水、用水和生態 等水安全決策的信息化水平，為洞庭湖區水安全決策提 供數字化技術支撐。

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