Петр Пушистов - Наводнения - от защиты к управлению

1. Общее представление

SOBEK представляет собой мощный моделирующий программный пакет для прогнозирования наводнений , оптимизации дренажных систем, управления системами орошения, проектирования канализационных систем и для решения задач речной морфологии, интрузии солей и качества поверхностных вод. Программы в составе моделирующего пакета SOBEK воспроизводят сложные течения и процессы, связанные с водными ресурсами, почти в любой системе. Эти программы достаточно точно описывают явления и физические процессы посредством одномерных (1D) сеточных представлений и с помощью двумерных (2D) горизонтальных сеток. Этот пакет является высокотехнологичным компьютерным инструментом предназначенным для ЛПР, проектировщиков и планировщиков при принятии решений по оптимальному использованию водных ресурсов.

Программный пакет SOBEK разрабатывался и продолжает разрабатываться совместно с общественными институтами и правительственными организациями Нидерландов и исследовательскими институтами, университетами и частными консалтинговыми кампаниями во всем мире.

Интегрированный подход

SOBEK представляет собой единую программную среду для имитационного моделирования при решении проблем управления в области динамики речных систем и систем эстуариев, дренажных и ирригационных систем, систем очистки сточных вод и при ЧС в системах водных ресурсов.

Рис. 20. Пример результата работы интегрированной модели (1D течения в трубопроводах и 1D течения открытой воды, плюс программа «осадки — сток»), Гонконг 18 18 Рисунок 20 и последующие в этом разделе адаптированы из [51]

Мощный спецпроцессор моделирования 1D/2D — задач гидродинамики

Спецпроцессор моделирования 1D /2D задач гидродинамики является вычислительным ядром пакета SOBEK. Этот спецпроцессор используется во всех программах динамики течений (D-Flow), содержащихся в моделирующем пакете SOBEK. Таким образом, допускается комбинированное моделирование течений в трубопроводах, реках, каналах, на поймах посредством неявного объединения численных моделей, отписывающих 1D и 2D течения. SOBEK является высокотехнологичным инструментом для изучения и прогнозирования речных наводнений, прорывов дамб и разрушения плотин, затопления городов и т. п.

Надежность численных расчетов

Спецпроцессор моделирования 1D/2D задач гидродинамики оснащен очень надежной схемой для проведения численных расчетов. Она гарантирует сохранение массы воды, даже в случае переходных состояний при неожиданных изменениях поперечных сечений каналов, трубопроводов, русел и т. п. Спецпроцессор объединяет расчеты докритических и сверхкритических течений на масштабах выбранных пользователем. Он хорошо справляется с расчетом процессов затопления и высыхания русел и пойм.

Вычислительная эффективность

Спецпроцессор моделирования 1D/2D задач гидродинамики реализует очень эффективный алгоритм численного решения, который базируется на оптимальной комбинации прямого алгоритма поиска минимума связностей и сопряженного градиентного метода. Также производится выбор переменного шага по времени, при этом сокращаются излишние затраты машинного времени, там где это осуществимо.

Размеры моделей

Размер моделей ограничивается только размером внутренней памяти используемого компьютера.

2. Программы

SOBEK дает пользователю возможность моделировать взаимодействия водных и связанных с водой процессов во времени и в пространстве. Этот программный пакет является одним из наиболее часто используемых для моделирования интегрированных водных систем с целью управления водными ресурсами, проектирования, планирования и принятия политических / стратегических решений. SOBEK состоит из некоторого числа хорошо протестированных и верифицированных программ, которые связаны между собой и объединены в единый пакет.

2.1. Динамика 1D течения открытой воды

Эта программа реализует полную систему уравнений Сен-Венана, включая переходные режимы течений и профили подпора. Она воспроизводит любые поперечные сечения (открытые и закрытые), включая ассиметричные поперечные сечения. Она также позволяет пользователю определить различные разрезы внутри поперечного сечения, используя при этом альтернативные формулировки коэффициентов шероховатости и/или других коэффициентов для каждого их них. Спецпроцессор решения 1D/2D задач гидродинамики имеет процедуру автоматического описания высыхания и затопления, которая на 100% сохраняет массу воды. Спецпроцессор может расчитывать участки круто наклоненных русел со сверхкритическими течениями и перемещающимися гидравлическими скачками. Сложные сети любого размера с внутренними «петлями» и рукавами аппроксимируются, без каких либо затруднений для пользователя. Пользователь также может описать почти любую гидравлическую структуру (насосы, плотины, затворы, водопропускные трубы, шлюзы и мосты, как виртуальные структуры любой формы и размерности). Программа предоставляет возможность проводить расчет и визуализацию на сетке переноса наносов. Могут быть промоделированы воздействия ветра на уровни воды путем задания скорости и направления ветра, как в виде констант, так и в форме временных рядов. Можно использовать самые различные граничные и начальные условия. Можно задать боковые притоки и оттоки либо в форме констант, либо в зависимости от времени, либо основываясь на определенных формулах или при автоматическом считывании результатов расчетов по программе «осадки — сток». Программа 1D течения открытой воды связана через интерфейс со всеми программными модулями SOBEK, что позволяет обеспечить интегрированность модели водной системы.