侯精明团队耦合水文过程的地表水动力数值模
水循环是多环节的自然过程，全球性的水循环涉及蒸发、大气水分输送、地表水和地下水循环及多种形式的水量贮蓄。通过水文水动力过程，大气水、地表水、土壤水及地下水相互转化，形成一个不断更新的动态水系统。地表水作为水系统的重要组成部分，形成了河流、湖泊、沼泽和海洋等陆面水体，是人类用水的重要来源之一，也是各国水资源的主要组成部分，满足了社会经济活动的需求，并实现了水生态系统功能。
研究地表水文水动力过程，对于人类揭示自然奥秘、研究气候变化及适应策略、开发利用水及水能资源、发展航运、开展洪涝灾害管理、进行水生态环境保护等方面意义重大。相关工程和非工程措施的开展，均需地表水文水动力学为其提供量化依据和决策支撑。地表水文水动力学的常规研究方法包括理论分析、实验观测和数值模拟。20世纪中叶以前，受科技条件限制，水文水力学发展主要依靠理论分析和实验观测。随着计算机技术的飞速发展和数值计算方法的日趋完善，使用数值计算手段模拟水文水动力过程成为可能。经实验数据和观测数据系统验证过的基于物理过程的数值模型可精确计算水文水动力过程，模拟各变量的空间时间演变特性。与物理模型相比较，数值模型可以在短时间内构建完成并便捷计算不同条件下的结果，且可更加精细地描述物理过程，故应用范围越来越广泛。
流域径流过程
模拟地表水文水动力过程及计算流场时间空间演变，对于人类认识自然规律、开发利用水资源及水电能源、发展航运、开展洪涝灾害管理、进行水生态环境保护、探索气候变化及适应策略方面有重要的作用。鉴于目前地表水动力模拟相关书籍存在未包含水文产流等过程，且数值算法不够前沿的局限，本书基于目前国际主流的数值求解格式，系统介绍了基于Godunov格式的有限体积法并耦合水文过程的地表水动力数值模拟方法。
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本书第1章介绍地表水文水动力主要物理过程及数学表达，包括产流、汇流等过程；第2章阐述基于Godunov格式的有限体积数值求解方法的框架，并详述近似黎曼求解器计算通量；底坡源项与摩阻源项在第3章中独立处理；针对复杂地形和流态易出现的数值问题，在第4章中进行变量静水重构及干湿边界处理；为提高模型精度，第5章提出模型的二阶精度格式；净雨量计算的相关水文过程，如下渗、蒸腾蒸发及植被截留等模拟方法在第6章中说明；第7章为城市管网排水过程模拟方法；第8章介绍CPU并行及GPU加速计算方法；第9～11章则从洪水演进、流域雨洪及城市内涝过程模拟方面介绍模型的应用。
本书特点01系统性
阐述了数值求解全过程，包括水文水动力过程的介绍、物理过程的数学表达、控制方程的数值解法及数值模型的实际应用。从理论推导、编程实现、算例演示和工程应用全方位介绍地表水文水动力高分辨率数值模型。
02前沿性本书内容紧随行业发展潮流，应用最新的稳健算法和GPU加速技术，实质性提升了模型的精度、效率和稳定性，为大范围、高分辨率水文水动力模拟提供了支撑。
03实用性本书从多个角度介绍模型的实际应用效果，读者通过学习相关内容，可实现数值模拟程序的编写，为解决实际工程问题提供借鉴。
降水-径流实验下垫面DEM数据
不同降水历时下的水深过程图
模拟与实测积水点对比(t=2h)
本书系统介绍基于Godunov格式的有限体积数值求解方法。首先，阐述地表水文水动力物理过程、数学控制方程与有限体积求解格式；重点介绍二维浅水方程的数值求解方法，包括HLLC近似黎曼求解器计算通量、底坡源项法计算底坡源项、显隐式法计算摩阻源项；通过静水重构等方法来实现全稳条件和干湿边界处理。其次，介绍水文产流的表征，通过下渗和蒸腾蒸发等过程计算净雨量来表征；详细介绍城市流域管网排水过程的明流与压力流模拟方法及其与地表径流模型的耦合方式，以及模型二阶精度格式和显卡加速计算方法。最后，介绍模型在城市与流域雨洪过程模拟、江河洪水管理等方面的应用。
本书可作为水利、市政、环境、海洋、港口航道等领域的科研人员与工程技术人员的参考书，也可供高等院校水利工程、给水排水工程及流体力学等相关专业本科生和研究生参考。
目录速览
前言
第1章绪论11.1研究背景11.2地表水文水动力主要物理过程及数学表达31.2.1降水产流过程及其控制方程41.2.2地表汇流过程及其控制方程61.3水文水动力过程数值模型分类与介绍.3.1水文模型.3.2水动力模型12参考文献14第2章基于Godunov格式的有限体积数值求解方法及通量计算.1浅水方程常用数值求解方法.2通量计算.2.1Godunov格式.2.2近似黎曼求解器.3时间步进方法.4边界条件.4.1开边界条件.4.2闭边界条件30参考文献31第3章底坡源项及摩阻源项处理方法.1底坡源项处理方法.2摩阻源项处理方法.2.1分裂点隐式法.2.2显隐式法38参考文献42第4章干湿交替过程模拟方法.1全稳条件.2静水重构法.3干湿边界处理48参考文献52第5章二阶精度格式.1一维非结构网格TVD格式.2二维非结构网格TVD格式.2.1二维非结构网格TVD格式Ⅰ.2.2二维非结构网格TVD格式Ⅱ.2.3二维非结构网格TVD格式Ⅲ.3MUSCL重构63参考文献68第6章水文过程耦合模拟.1蒸腾蒸发过程模拟.2植被截留过程模拟.3下渗过程模拟.4净雨量计算方法77参考文献79第7章城市管网排水过程模拟方法.1管网排水水动力过程及其控制方程.2管网排水水动力模拟计算.3管网排水过程与地表径流过程耦合模拟.4无管网资料区管网排水过程概化模拟算法.4.1道路等效排水方法.4.2雨水井等效排水方法91参考文献94第8章水动力模型加速技术.1加速算法简介.2CPU加速技术.3GPU加速技术.4GPU相对于CPU优势.5GPU加速技术实现流程8.5.1基于GPU计算技术实现流程8.5.2基于CUDA架构的GPU计算.6计算加速效果.6.1基于GPU加速的并行计算平台搭建.6.2基于GPU并行计算的加速效果对比分析参考文献第9章洪水演进过程模拟算例.1莫珀斯洪水演进过程数值模拟.1.1研究区概况.1.2模型设置及模拟结果分析.2托斯大坝溃坝洪水演进过程数值模拟.2.1研究区概况.2.2模型设置及模拟结果分析.3小峪河洪水演进数值模拟及成因分析.3.1研究区概况.3.2模型设置及模拟结果分析.4金沙江白格堰塞湖溃坝洪水演进数值模拟.4.1研究区概况.4.2模型设置及模拟结果分析.5唐家山堰塞湖溃坝洪水演进高性能数值模拟.6马尔巴塞大坝溃坝洪水演进过程高性能数值模拟参考文献第10章流域雨洪过程模拟.1理想V型流域雨洪过程模拟.2实验流域雨洪过程模拟.3王茂沟流域雨洪过程模拟.4赫尔莫萨流域雨洪过程模拟.5宝盖寺流域雨洪过程模拟参考文献第11章城市内涝过程模拟.1陕西省西咸新区沣西新城内涝模拟.1.1地表水文水动力模型实例分析.1.2管网排水水动力模型实例分析.2宁夏回族自治区固原市内涝模拟.2.1研究区域概况.2.2模型基础数据.2.3模拟结果分析参考文献彩图转载请注明：http://www.shijichaoguyj.com/wxjq/12054.html
