案例9 - 涔天河水库大坝溃坝洪水推演模拟

1. 案例介绍

本案例利用格物云CAE二维水动力学模块，搭建涔天河水库下游约40公里的流域仿真模型，我们首先以恒定的边界条件进行一个稳态计算，计算生成河流中的初始状态。随后进行大坝溃坝后洪水演进模拟。

2. 河道初始状态生成

2.1 矢量数据

上传domain、river矢量（点击下载矢量），这个是研究区域的外轮廓以及河流区域轮廓。

将研究区域的坐标系设置为4546。

最后，我们还需创建一个包含整个研究区域的轮廓，命名为赋值区域。

2.2 生成几何

点击右侧的生成几何菜单，主网格轮廓选择为研究区域，子网格轮廓为河道区域，点击生成几何，即可获得以下形状：

点击几何分组，分别添加以下三个边界分组，命名后点击应用。入口边界：

出口边界：

2.3 生成网格

点击左侧生成网格，配置主网格和子网格（河流区域）的尺寸，可参考图中尺寸，保存。配置完成后点击生成网格，稍等片刻后，可以看到图中生成了河道密集，其他区域较稀疏的网格。

接下来对网格赋值。点击“新增”。在窗口中选择：

赋值类型：高程
范围：赋值区域
数值数据类型：TIF/XYZ-value型数据
文件类型：本地上传上传地形数据：dem.xyz

赋值完成后如下：

由于缺少河道初始水深的测量数据，我们将河道区域的水深设置为4m，让模型计算一个平衡的状态。点击“新增”。在窗口中选择：

赋值类型：水深
范围：river.shp
数值数据类型：常量
赋值：4

赋值完成后如下：

2.4 模型参数

点击展开【模型】菜单。

2.4.1 初始条件

设置模型初始条件，选择非均匀初始场，来源选择当前网格，此时计算将从网格中读取水深作为初始条件。

2.4.2 边界条件

边界一：水库泄洪边界，选择流量边界，我们设置一个常见的150 m3/s的恒定边界，目的是计算出河流平常的状态。施加位置选择in_1。

边界二：下游边界，选择水位边界，恒定为184米，施加位置选择out。

2.4.3 底部摩擦

设置【曼宁公式】为摩擦模型，设置【均匀】摩擦系数，并将摩擦系数设置为【0.06】。

其余模型参数设置保持默认即可。

2.5 计算时间

设置计算步长和计算时间。为保证计算稳定，这里设置时间步长为2s，模拟总时间为43200s，即12小时。

2.6 结果配置

在结果界面可以勾选自己感兴趣的输出变量，如水深、流量标量、速度标量等。勾设定结果输出频率为240时间步/帧，即480秒=8分钟一个输出结果。

2.7 仿真计算

点击仿真计算菜单，选择16核并行，点击提交计算。

2.8 结果云图

点击结果云图，播放计算结果。可以发现在边界流量恒定的情况下，水深从全河道均匀的状态逐渐变成有深有浅的状态，并逐渐达到一个稳态。查看流量标量云图，也发现流量从一开始的流量较大的状态，逐渐发展成比较平稳的一个小流量状态。我们将以这个计算结果的最后一刻状态作为溃坝模拟的初始状态。

3 涔天河水库溃坝模拟

点击【矢量】，在大坝处添加一个方形区域，作为溃坝出水的位置。

在模型中的源汇项中，添加一个面类型的汇项，命名为溃坝，点开表格设置一个随时间变化的溃坝流量，具体数值如下图所示（可以直接拖入文件夹中的溃坝流量.csv）。但需要注意的是表格中的最后一行时间必须大于等于总模拟时长43200秒。

重新提交计算，即可查看溃坝后的状态。查看水深变量，将显示最小值设置为0，最大值设置为10，查看溃坝过程。也可以查看流速标量、流量标量的变化过程。