基于元胞自动机和流动成本场的高效降雨径流模型

发布时间：2021-11-14 23:49

　　现今大多数的降雨径流模拟模型用浅水方程组来描述。求解浅水方程组的过程中，其微分方程用迭代法求解。迭代法是一种不断用变量的新值迭代旧值的过程，是用计算机解决问题的一种基本方法，其计算效率相对比较低。本研究提出解决这一问题的新方法，开发了立足于简化的物理机制的降雨径流模拟模型。且其主要目的在于提供一种能够进行高效计算的代码来模拟径流，当然并非从反驳对类似商业模拟软件的评价。本研究中代码是基于Python语言编写的，同时包括Python开源数学库NumPy以及Python标准扩展库。本研究开发的降雨径流模拟模型是基于元胞自动机理论。所谓元胞自动机是指一类由许多相同单元组成的，可由一些简单的邻域规则便可在系统水平上产生复杂结构和行为的时空离散模型。典型的元胞自动机模型的机理如下：将研究区域划分成若干个大小形状一致的单元，这些单元称为元胞，是元胞自动机的最基本组成单位，所有的元胞空间网点集合构成元胞空间。在元胞空间中每个元胞都具有有限个离散状态和预定义的邻居，每个元胞的当前状态以及邻居的状况决定了下一时刻该元胞的状态，即元胞状态的转变受规则控制，而且这个规则是全局一致的。本研究中元胞状态转变的规... 

【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：122 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
Table of Contents
List of Figures
List of Tables
CHAPTER 1 INTRODUCTION
    1.1 Significance of Research
    1.2 Objectives of Research
CHAPTER 2 LITERATURE REVIEW
    2.1 Theoretical Discourse of Hydraulic Models
        2.1.1 One-Dimensional Models
        2.1.2 Two-Dimensional Models
    2.2 Theoretical Discourse of Numerical Methods
        2.2.1 Finite Difference Methods
        2.2.2 Finite Element Methods
        2.2.3 Finite Volume Methods
    2.3 Common Simulation Software
        2.3.1 Performance Overview of Common Simulation Software
        2.3.2 Simulation Software MIKE 21
CHAPTER 3 METHODOLOGY AND MODEL DEVELOPMENT
    3.1 Technical Roadmap
    3.2 Cell Automata
    3.3 Motion Cost Fields
    3.4 Evapotranspiration
    3.5 Infiltration
    3.6 Buildings
    3.7 Boundary Conditions
    3.8 Flow Velocity
    3.9 Adaptive Time Step Size
    3.10 Algorithm
    3.11 Programming Language Python
CHAPTER 4 CASE STUDY DESCRIPTION AND DATA COLLECTION
    4.1 Model Parameters
    4.2 Data Set of the Old Campus of Tsinghua University
    4.3 Overview of Computational Resources
CHAPTER 5 ASSESSMENT OF RESULTS
    5.1 Comparison of Scenario Analysis with MIKE 21
        5.1.1 Baseline Scenario
        5.1.2 Evapotranspiration Scenario
        5.1.3 Infiltration Scenario
        5.1.4 Combined Infiltration and Evapotranspiration Scenario
    5.2 Comparison of Runtimes
    5.3 Sensitivity Analysis
        5.3.1 Elevated Weight of the Central Cell’s Motion Costs
        5.3.2 Depressed Weight of the Central Cell’s Motion Costs
        5.3.3 Elevated Coefficient for Roof Drainage
        5.3.4 Depressed Coefficient for Roof Drainage
CHAPTER 6 CONCLUSIONS AND SUGGESTIONS
    6.1 Conclusions
    6.2 Suggestions
REFERENCES
ACKNOWLEDGEMENT
CURRICULUM VITAE
APPENDIX: RESEARCH CODE


【参考文献】：
期刊论文
[1]城市内涝的成因及其对策[J]. 叶斌,盛代林,门小瑜.  水利经济. 2010(04)
[2]北京市城区雨水利用及对策[J]. 左建兵,刘昌明,郑红星,陈远生.  资源科学. 2008(07)



本文编号：3495602