B-2-ICM中的河道建模

21/10/2014InfoWorksICM的河道模拟北京刘静&黄俊这此培训的目的？20/03/2024沟渠和河道的区别？河道1D模型和河道1d-2d的区别？河道断面测量数据怎么整理和导入？河道交叉口如何处理？管道、箱涵与河网如何连接？一些水利设施和构筑物如何模拟？〔水库、湖泊、闸门、堰等〕河道中的水头损失如何考虑？ICM中河道的计算原理以及能够模拟的情景？河道模型计算不过去，运行失败！--why？……河道建模中遇到了许多问题！培训纲要20/03/2024水力模型的基本原理和理论ICM中的河道模型（基本概念）河道模拟中的建议和技巧实际练习根本概念20/03/2024ICM中的河道模拟模型中河道根本元素Page5河道中心线上游节点（折点或调蓄池）边界多边形下游节点（折点、调蓄池或出口）河岸线横断面

模型中河道的根本元素Page6节点折点（breaknode)调蓄池（湖泊、水库）出口出口2D河道中心线长度（坡度）控制河岸线（可选）横断面线水流传输计算（和坡度一起）至少两个横断面线河岸线河道的溢流单元可选性操作河道边界2D模拟时网格生成的边界一维河道模型不需要

河道模型的一般流程20/03/20241、导入河道中心线和横断面线2、将断面测量信息更新到河道〔以线创立断面〕3、生成河岸线

21D4、将河岸高程信息更新到河道1D-2D3455、生成河道边界

6、创立河岸连接

6

20/03/20241、导入河道中心线和横断面线2、将断面测量信息更新到河道〔以线创立断面〕3、生成河岸线

1D4、将河岸高程信息更新到河道1D-2D5、生成河道边界

6、创立河岸连接

中间可能涉及到的详细操作1、横断面线相关：1〕横断面线导入技巧2〕对断面数据进行检查3〕利用SQL对断面糙率更新2、管网和河网整合模型3、断面内插工具4、生成河岸线要注意的几点5、河道交叉口的处理6、检查1D-2D连接是否创立成功7、如何防止生成小的网格从而提高运行速度其他：水利设施〔堰、湖泊、水库、闸门等〕的模拟；水头损失

简单的河道建立20/03/2024练习1〕简单河道建模练习参考教程：章节2〔2.1&2.2〕备注：练习到的内容包括：简单河道建模的一般流程〔1d-2d〕、断面数据的检查、SQL更新河道参数、1D&2D连接的检查和小的网格的处理建议和技巧20/03/2024横断面线导入技巧-〔1〕利用沟渠断面测量数据〔偏移x&高程Z)ICM河道断面(X,Y,Z)ICM中的沟渠断面X目标河道中心线〔CAD〕河道断面〔txt〕沟渠断面(ICM)河道断面(ICM)Cad处理Excel处理ICM转换方法沟渠和河道Channels沟渠相当于CS中的河道柱状连接Prismaticlinks节点类型=manholes断面数据+底高程断面数据(偏移X,深度)无法线性溢流River河道ICM中新的功能非柱状连接NonPrismaticlinks节点类型=break仅断面数据断面数据：(x,y,z)可线性溢流20/03/2024Page13Prismaticvs.Nonprismatic20/03/2024Page14ChanneltoRiverReach20/03/2024Page15DEMO(先以两个断面为例〕20/03/2024步骤1：数据处理〔CAD和测量信息1〕CAD处理中心线仅在断面处做打断2〕断面信息处理成csv文件〔id,x,z)2：导入DWG文件，将CAD中的中心线导入成“沟渠”3：将断面ID赋值给对应位置节点〔SQL〕4：将节点ID〔无所谓上下游〕赋值给沟渠形状：〔在表格窗口里赋值粘贴〕5：通过数据导入中心，导入断面测量信息6：将沟渠转为河道〔菜单栏里的工具〕7：删除同一位置的多余断面20/03/2024

简单的河道建立20/03/2024练习2〕横断面线导入技巧利用沟渠导入断面数据(X,Z)X,Z转换为X,Y,Z

整合模型建立20/03/2024练习3〕1-管道连接河道2-箱涵&河道练习4〕1-交叉口处理方法12-交叉口处理方法2练习5〕1-湖泊的模拟2-堰、闸门、泵等构筑物练习6〕河道建模综合练习建议和技巧20/03/2024关于2D模型的建议

研讨目录20/03/2024不要先做一个1D模型，然后在做1D-2D耦合模型，除非你希望重复工作两次Don’tdoa1Dandthena1D-2Dmodelunlessyouwanttoworktwice!不要降低(河岸)临近的2D三角网格Noloweringadjacent2Dmesh河道交汇处Junctions显示河岸连接和过小三角网格Visualizingbankconnectionandsmalltriangles1Donlymodels

仅1D模型20/03/2024Iftheriverfloods…如果河道泛洪……ThenX-sectionsneedtoincludefloodplain!那么河道的横断面需要包括河道漫滩区域IfX-sectiondonotincludefloodplain…如果断面不包括河道漫滩区域Youshouldnotruneventsthatmaketheriverflood则不应运行造成河道漫水的降雨事件Ifdepthexceedssectionheight…如果计算深度超过断面高度Verticalglasswallswillbeapplied则系统假设河堤为垂直的玻璃墙Resultscanbeveryunrealisticandunstable结果可能不符合实际并且不稳定Ifrunningfasteristheproblem:如果运行速度存在问题Usegraphiccardstorunfaster用显卡加速Cleanandtidyyourvoidandriverpolygons整理你的空白多边形和河道多边形Orusetemporarilya“simple”2Dmodel(e.g.bigtrianglesnobuildings)或者使用临时的简易2D模型（如：大的三角网格，暂时不加建筑物）Ifyouuse1Dandthen1D-2D如果你先用1D，然后在1D-2D模型计算Youwillworktwice!你将重复工作两次20/03/2024从开始就包含所有管道和涵洞Includeallpipesandculvertsfromthebeginning最后再考虑河道交口处Leavejunctionsfortheend如果不可能，重新从横断面线建立断面，从而避免小网格的生成Ifnotpossiblethenredobuildsectionsfromlinesandsofortoavoidsmalltriangles…如前所述，总是显示河岸线和过小三角网格AlwaysvisualizebanklinesandsmalltrianglesasmentionedbeforePracticalconclusionsonconnectingpipes

关于连接管道到河道的练习总结-Whattodowhenyourrivermodelcrashes!河道模型崩溃了怎么办20/03/2024Runningproblems运行问题Whattodowhenyourrivermodelcrashes!

河道模型崩溃了怎么办！20/03/2024Whendoesitcrash?什么时候崩溃？Initialisation?初始化？Checkboundaryconditions检查边界条件GeometryofX-sections断面几何结构Atthebeginningofthesim?在模拟开始时Checkthelogfiles检查记录文件Modifyflat/longX-sections修改过平/过长横断面Addsmallbaseflows添加小基流Modifywherecatchmentsdrainto修改汇水流域的指向Atthemiddle/peakofthesim?在模拟运行中Checkthelogfiles检查记录文件Modifytimestep修改时间步长InterpolateX-sections插补横断面Check1D-2Dfloodingproblems检查1D-2D洪水问题UsealwaysthelatestversionofICM!!!总是应用最新版本Logfiles20/03/2024Flowprofiles流量剖面渐变流和急变流

Continuityequation

MomentumequationLocalaccelerationConvectiveaccelerationPressureForceGravityForceFrictionForceKinematicwave运动波Diffusionwave扩散波Dynamicwave动力波28St.VenantEquations圣维南方程连续性方程

动量方程St.VenantEquations

圣维南方程一维模型的基础假定：渐变流；垂直加速度可忽略液体静压力一维流水面水平速度为面积平均速度（不考虑水流垂直方向的交换）平缓的河床坡度（小于10度）InfoWorks能够处理较大坡度固定河床曼宁方程/CW（稳态流）适用29St.VenantEquations

圣维南方程Structures结构OftenRapidlyVaryingFlow急变流ReplaceMomentumEqnwithEnergyEqn能量方程代替动量方程Junctions交汇处Compatibilityofwater-level水位匹配Flowprofiles流量曲线Applicableforuniformflowandnon-uniformflow均匀流和非均匀流均适用ApplicableforM1(backwater),M2(drawdown),S1&S2适用于M1（回水）、M2（跌水）、S1和S2。Applicableforsteady-stateflowandnon-steady-stateflow稳态流和非稳态流均适用Applicableforsuperandsub-critical超临界流和亚临界流均适用Criticalflow:useQ(h)临界流：用Q(h)30Hydraulicstructures

水工构筑物HydraulicStructures;水工建筑物OftenRapidlyVaryingFlow常为急变流ReplaceMomentumEqnwithEnergyEqn用能量方程代替动量方程Examples;举例Bridge桥Weir堰Gate闸门Culvert涵洞Siphon虹吸Barrage拦河坝Pump泵31Non-UniformFlowProfiles

非均匀流剖面32WaterLevel水位Distance距离LowTideTidallyaffectedzoneFluvialzoneHighTideTidalRiverFloodProfiles

潮汐洪水剖面33M1M2河道区潮汐影响区高潮低潮34Gradually&RapidlyVaryingFlow渐变流和急变流St.VenantEquations

圣维南方程Boundaryconditions;边界条件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环形曲线衰退衰退上涨Uniformflowratingcurve(Kinematicwaveandmostlumpedroutingmodels)Loopratingcurve(Dynamicanddiffusionwavemodels)361Dvs2D372DHydaulics1Dengineforpipednetworksandrivernetworks管网和河道的一维引擎2Dengineforfloodplainandabove-groundsystems(overlandflow)&non-1Dflowaroundstructures漫滩区、地面以上系统（地面漫流）和构筑物周边的非一维流2DFlowEquations

二维流量方程Basedontheshallowwaterequations,iethedepth-averagedversiontheNavier–StokesEqns浅水方程，即纳维斯-斯托克斯方程382DFlowSolverInfoWorks2Dcomponent;InfoWorks的2D组成Solvesconservationofmass&momentum质量守恒和动量守恒Finite-volume,Explicitsolver,Unstructuredmesh有限体积，非结构性网格thesolverisfullyconservativeandshock-capturing,soparticularlysuitableforthesimulationofrapidlyvariedflows.引擎是充分的保守的方法，激波捕捉，特别适合于急变流的模拟39FlowClassifications流态分类FlowStates流态Sub-critical缓流（亚临界流）Super-critical急流（超临界流）Critical临界流

Vc=(gy)1/241慢并且深：运动能量低快并且浅：运动能量高