B-2-ICM中的河道建模

21/10/2014InfoWorksICM的河道模擬北京劉靜&黃俊這此培訓的目的？03/02/2023

溝渠和河道的區(qū)別？

河道1D模型和河道1d-2d的區(qū)別？

河道斷面測量數(shù)據(jù)怎么整理和導入？

河道交叉口如何處理？

管道、箱涵與河網(wǎng)如何連接？

一些水利設施和構筑物如何模擬？（水庫、湖泊、閘門、堰等）

河道中的水頭損失如何考慮？

ICM中河道的計算原理以及能夠模擬的情景？

河道模型計算不過去，運行失??！--why？……河道建模中遇到了許多問題！培訓綱要03/02/2023水力模型的基本原理和理論ICM中的河道模型（基本概念）河道模擬中的建議和技巧實際練習基本概念03/02/2023ICM中的河道模擬模型中河道基本元素Page5河道中心線上游節(jié)點（折點或調(diào)蓄池）邊界多邊形下游節(jié)點（折點、調(diào)蓄池或出口）河岸線橫斷面

模型中河道的基本元素Page6節(jié)點折點（breaknode)調(diào)蓄池（湖泊、水庫）出口出口2D河道中心線長度（坡度）控制河岸線（可選）橫斷面線水流傳輸計算（和坡度一起）至少兩個橫斷面線河岸線河道的溢流單元可選性操作河道邊界2D模擬時網(wǎng)格生成的邊界一維河道模型不需要

河道模型的一般流程03/02/20231、導入河道中心線和橫斷面線2、將斷面測量信息更新到河道

（以線創(chuàng)建斷面）3、生成河岸線

21D4、將河岸高程信息更新到河道1D-2D3455、生成河道邊界

6、創(chuàng)建河岸連接

6

03/02/20231、導入河道中心線和橫斷面線2、將斷面測量信息更新到河道

（以線創(chuàng)建斷面）3、生成河岸線

1D4、將河岸高程信息更新到河道1D-2D5、生成河道邊界

6、創(chuàng)建河岸連接

中間可能涉及到的詳細操作1、橫斷面線相關：1）橫斷面線導入技巧2）對斷面數(shù)據(jù)進行檢查3）利用SQL對斷面糙率更新2、管網(wǎng)和河網(wǎng)整合模型3、斷面內(nèi)插工具4、生成河岸線要注意的幾點

5、河道交叉口的處理6、檢查1D-2D連接是否創(chuàng)建成功7、如何避免生成小的網(wǎng)格從而提高運行速度其他：水利設施（堰、湖泊、水庫、閘門等）的模擬；水頭損失

簡單的河道建立03/02/2023練習1）

簡單河道建模練習

參考教程：章節(jié)2（2.1&2.2）備注：練習到的內(nèi)容包括：簡單河道建模的一般流程（1d-2d）、斷面數(shù)據(jù)的檢查、SQL更新河道參數(shù)、1D&2D連接的檢查和小的網(wǎng)格的處理建議和技巧03/02/2023橫斷面線導入技巧-（1）利用溝渠斷面測量數(shù)據(jù)（偏移x

&高程Z)ICM河道斷面(X,Y,Z)ICM中的溝渠斷面X目標河道中心線（CAD）河道斷面（txt）溝渠斷面(ICM)河道斷面(ICM)Cad處理Excel處理ICM轉換方法溝渠和河道Channels溝渠相當于CS中的河道柱狀連接Prismaticlinks節(jié)點類型=manholes斷面數(shù)據(jù)+底高程斷面數(shù)據(jù)(偏移X,深度)無法線性溢流River河道ICM中新的功能非柱狀連接NonPrismaticlinks節(jié)點類型=break僅斷面數(shù)據(jù)斷面數(shù)據(jù)：(x,y,z)可線性溢流03/02/2023Page13Prismaticvs.Nonprismatic03/02/2023Page14ChanneltoRiverReach03/02/2023Page15DEMO(先以兩個斷面為例）03/02/2023步驟1：數(shù)據(jù)處理（CAD和測量信息1）CAD處理中心線僅在斷面處做打斷

2）斷面信息處理成csv文件（id,x,z)2：導入DWG文件，將CAD中的中心線導入成“溝渠”3：將斷面ID賦值給對應位置節(jié)點（SQL）4：將節(jié)點ID（無所謂上下游）賦值給溝渠形狀：

（在表格窗口里賦值粘貼）5：通過數(shù)據(jù)導入中心，導入斷面測量信息6：將溝渠轉為河道（菜單欄里的工具）7：刪除同一位置的多余斷面03/02/2023

簡單的河道建立03/02/2023練習2）

橫斷面線導入技巧利用溝渠導入斷面數(shù)據(jù)(X,Z)X,Z轉換為X,Y,Z

整合模型建立03/02/2023練習3）

1-管道連接河道2-箱涵&河道練習4）

1-交叉口處理方法12-交叉口處理方法2練習5）

1-湖泊的模擬2-堰、閘門、泵等構筑物練習6）河道建模綜合練習建議和技巧03/02/2023關于2D模型的建議

研討目錄03/02/2023不要先做一個1D模型，然后在做1D-2D耦合模型，除非你希望重復工作兩次Don’tdoa1Dandthena1D-2Dmodelunlessyouwanttoworktwice!不要降低(河岸)臨近的2D三角網(wǎng)格Noloweringadjacent2Dmesh河道交匯處Junctions顯示河岸連接和過小三角網(wǎng)格Visualizingbankconnectionandsmalltriangles1Donlymodels

僅1D模型03/02/2023Iftheriverfloods…如果河道泛洪……ThenX-sectionsneedtoincludefloodplain!那么河道的橫斷面需要包括河道漫灘區(qū)域IfX-sectiondonotincludefloodplain…如果斷面不包括河道漫灘區(qū)域Youshouldnotruneventsthatmaketheriverflood則不應運行造成河道漫水的降雨事件Ifdepthexceedssectionheight…如果計算深度超過斷面高度Verticalglasswallswillbeapplied則系統(tǒng)假設河堤為垂直的玻璃墻Resultscanbeveryunrealisticandunstable結果可能不符合實際并且不穩(wěn)定Ifrunningfasteristheproblem:如果運行速度存在問題Usegraphiccardstorunfaster用顯卡加速Cleanandtidyyourvoidandriverpolygons整理你的空白多邊形和河道多邊形Orusetemporarilya“simple”2Dmodel(e.g.bigtrianglesnobuildings)或者使用臨時的簡易2D模型（如：大的三角網(wǎng)格，暫時不加建筑物）Ifyouuse1Dandthen1D-2D如果你先用1D，然后在1D-2D模型計算Youwillworktwice!你將重復工作兩次03/02/2023從開始就包含所有管道和涵洞Includeallpipesandculvertsfromthebeginning最后再考慮河道交口處Leavejunctionsfortheend如果不可能，重新從橫斷面線建立斷面，從而避免小網(wǎng)格的生成Ifnotpossiblethenredobuildsectionsfromlinesandsofortoavoidsmalltriangles…如前所述，總是顯示河岸線和過小三角網(wǎng)格AlwaysvisualizebanklinesandsmalltrianglesasmentionedbeforePracticalconclusionsonconnectingpipes

關于連接管道到河道的練習總結-Whattodowhenyourrivermodelcrashes!河道模型崩潰了怎么辦03/02/2023Runningproblems運行問題Whattodowhenyourrivermodelcrashes!

河道模型崩潰了怎么辦！03/02/2023Whendoesitcrash?什么時候崩潰？Initialisation?初始化？Checkboundaryconditions檢查邊界條件GeometryofX-sections斷面幾何結構Atthebeginningofthesim?在模擬開始時Checkthelogfiles檢查記錄文件Modifyflat/longX-sections修改過平/過長橫斷面Addsmallbaseflows添加小基流Modifywherecatchmentsdrainto修改匯水流域的指向Atthemiddle/peakofthesim?在模擬運行中Checkthelogfiles檢查記錄文件Modifytimestep修改時間步長InterpolateX-sections插補橫斷面Check1D-2Dfloodingproblems檢查1D-2D洪水問題UsealwaysthelatestversionofICM!!!總是應用最新版本Logfiles03/02/2023Flowprofiles流量剖面漸變流和急變流

Continuityequation

MomentumequationLocalaccelerationConvectiveaccelerationPressureForceGravityForceFrictionForceKinematicwave運動波Diffusionwave擴散波Dynamicwave動力波28St.VenantEquations圣維南方程連續(xù)性方程

動量方程St.VenantEquations

圣維南方程一維模型的基礎假定：漸變流；垂直加速度可忽略液體靜壓力一維流水面水平速度為面積平均速度（不考慮水流垂直方向的交換）平緩的河床坡度（小于10度）InfoWorks能夠處理較大坡度固定河床曼寧方程/CW（穩(wěn)態(tài)流）適用29St.VenantEquations

圣維南方程Structures結構OftenRapidlyVaryingFlow急變流ReplaceMomentumEqnwithEnergyEqn能量方程代替動量方程Junctions交匯處Compatibilityofwater-level水位匹配Flowprofiles流量曲線Applicableforuniformflowandnon-uniformflow均勻流和非均勻流均適用ApplicableforM1(backwater),M2(drawdown),S1&S2適用于M1（回水）、M2（跌水）、S1和S2。Applicableforsteady-stateflowandnon-steady-stateflow穩(wěn)態(tài)流和非穩(wěn)態(tài)流均適用Applicableforsuperandsub-critical超臨界流和亞臨界流均適用Criticalflow:useQ(h)臨界流：用Q(h)30Hydraulicstructures

水工構筑物HydraulicStructures;水工建筑物OftenRapidlyVaryingFlow常為急變流ReplaceMomentumEqnwithEnergyEqn用能量方程代替動量方程Examples;舉例Bridge橋Weir堰Gate閘門Culvert涵洞Siphon虹吸Barrage攔河壩Pump泵31Non-UniformFlowProfiles

非均勻流剖面32WaterLevel水位Distance距離LowTideTidallyaffectedzoneFluvialzoneHighTideTidalRiverFloodProfiles

潮汐洪水剖面33M1M2河道區(qū)潮汐影響區(qū)高潮低潮34Gradually&RapidlyVaryingFlow漸變流和急變流St.VenantEquations

圣維南方程Boundaryconditions;邊界條件Upstream上游Q(t)

-usual(i.e.hydrologicalmodel)H(t) -careful!Downstream下游Q(t) -careful!H(t) -usualRatingcurve,Q(H) -usual35Stage(m)Discharge(m3/s)RisingRecessionStage(m)Discharge(m3/s)RisingRecessionStage(m)Discharge(m3/s)RisingRecessionStage(m)Discharge(m3/s)RisingRecession環(huán)形曲線衰退衰退上漲Uniformflowratingcurve(Kinematicwaveandmostlumpedroutingmodels)Loopratingcurve(Dynamicanddiffusionwavemodels)361Dvs2D372DHydaulics1Dengineforpipednetworksandrivernetworks管網(wǎng)和河道的一維引擎2Dengineforfloodplainandabove-groundsystems(overlandflow)&non-1Dflowaroundstructures漫灘區(qū)、地面以上系統(tǒng)（地面漫流）和構筑物周邊的非一維流2DFlowEquations

二維流量方程Basedontheshallowwaterequations,iethedepth-averagedversiontheNavier–StokesEqns淺水方程，即納維斯-斯托克斯方程382DFlowSolverInfoWorks2Dcomponent;InfoWorks的2D組成Solvesconservationofmass&momentum質量守恒和動量守恒Finite-volume,Explicitsolver,Unstructuredmesh有限體積，非結構性網(wǎng)格thesolverisfullyconservativeandshock-capturing,soparticularlysuitableforthesimulationofrapidlyvariedflows.引擎是充分的保守的方法，激波捕捉，特別適合于急變流的模擬39FlowClassifications流態(tài)分類FlowStates流態(tài)Sub-critical緩流（亞臨界流）Super-critical急流（超臨界流）Critical臨界流

Vc=(gy)1/241慢并且深：運動