КОМПОНЕНТ ГОМС

Динамическая модель стока для разветвленной речной сети ( BRANCH )

1. Цели и задачи

Моделирование неустановившегося стока через участки реки и сети открытых русел для исследований водных ресурсов, с учетом влияния водозаборов, расположения мостов и проектного анализа, паводкового затопления, а также приливного перемешивания воды. Эта модель хорошо подходит для моделирования регулируемых, приливных или нагоняемых ветром течений на прибрежных участках открытых русел или в сети русел, представляющих собой разветвленную или петлеобразную системы.

2. Описание

В модели BRANCH используется четырехточечное, неявное приближение конечных разностей уравнений неустановившегося стока. Уравнения стока составляются для учета неравномерных распределений скорости с помощью коэффициента момента Буссинеска, для аккомодации накопления / переноса потока, для использования ветрового сдвига на водной поверхности как вынужденной функции. В модели используется метод решения нелинейной итерационной матрицы, при этом контроль толерантности определяется пользователем. Методика неявного решения позволяет делать расчеты для больших временных шагов. Четырехточечная схема конечных разностей со взвешенными коэффициентами для значений функции и их пространственные производные обеспечивают высокую степень гибкости при моделировании различных условий стока в руслах с различными свойствами поперечных сечений. Притоки русел могут быть пронумерованы в любом порядке, возможно подразделение притоков в сегменты разной длины, что обеспечивает расчет стока в любом месте. Модель настраивается на приток и отвод воды, а также боковой отток и содержит Лагранжеву схему прослеживания частиц устойчивых растворенных примесей. Модель учитывает выбираемое пользователем, постоянное, функциональное или фрикционное сопротивление.

3. Входные данные

Поперечные сечения определяются с помощью блоков линейных зависимостей, которые могут быть приготовлены вручную или введены интерактивно, обработаны и отформатированы с помощью программы CGAP – программы анализа геометрии русла. Начальные условия стока могут быть охарактеризованы как наблюдаемые, оценочные, принятые или предварительно рассчитанные. Граничные условия (водные запасы или расходы) могут быть определены с помощью уравнения, значений временных рядов, или функциональных зависимостей. Данные временных рядов могут быть введены непосредственно с помощью форматированных последовательных файлов или автоматически найдены из поддерживающих баз данных из системы NDDS – системы зависящих от времени данных или WDMS – системы управления данными по воде. TDDS облегчает поиск данных и передачу их в базу данных USGS / NWIS. Вводимые данные могут быть либо в метрических, либо в дюйм-фунт системах единиц.

4. Выходные данные

Временные ряды данных расчетов стока могут быть выданы для избранных мест в виде таблиц или граф. В таблицах содержатся результаты для каждого временного шага или итерации и суточных суммарных значений. Отдельные члены могут быть рассчитаны для каждого временного шага или итерации, а также для

путей частиц, могут быть также сделаны перечни объемов кумулятивных стоков. В графы включены рассчитанные расходы или уровни, последние могут быть представлены в функции измеренных расходов и уровней.

5. Оперативные требования и ограничения

BRANCH записана на Фортране 77, что делает эту программу совместимой с базовым вычислительным устройством, рабочей станцией и микрокомпьютерными системами и различными компилирующими программами. Для микрокомпьютеров требуется 32-битовый процессор (386-й или выше). Набор команд может быть легко уменьшен, что позволяет использовать модель для канала любой конфигурации. Графический выход требует GKS или CalCOMP графическую библиотеку. Время (в секундах в день) для моделирования потока и движения восьми устойчивых частиц в сети из 25 рукавов с 69 поперечными сечениями при 15-минутных временных шагах составляет приблизительно 87 секунд при 16 Мгц для 386, 15 секунд при 16,7 Мгц для Data General AVION workstation, 10 секунд при 25 Мгц для Sun SPARCstation 1+ и 6 секунд для Cray X-MP/48.

6. Форма представления

Научная документация и руководство пользователя доступны на английском языке (смотри список ниже). Программа, примеры и документация доступны на дискете и через Интернет. Эта программа предоставляется как выполняемый набор команд, но по требованию можно получить и исходную программу. Распространение BRANCH предусматривает и программы CGAP и TDDS, также написанные на Фортране 77. Обучение производится с помощью USGS.

7. Опыт работы

Модель BRANCH широко используется во всем мире. В настоящее время эта модель находится в оперативной работе приблизительно на 40 станциях, как передают 12 офисов USGS. Эта модель используется с 1980 года.

8. Разработчик и техническая поддержка

Геологическая служба США, Отдел Поверхностных Вод.

9. Доступность

Национальный Справочный Центр ГОМС США на 3 ½” дискете, или в виде распечатанной документации, или электронным путем через Интернет по адресу
http://water.usgs.gov/software/ или: http//www.geogr.uni-jena.ds/software/

10. Условия использования

Программа предоставляется бесплатно; за документацию же надо платить.

Литература:

Schaffranek, R. W., Baltzer, R. A., and Goldberg, D. E., 1981, A model for simulation of flow in singular and interconnected channels. U. S. Geological Survey, TWRI, Chapter C3, Book 7, 110 pp.

Schaffranek, R. W., 1985, Model for simulation floods in rivers, Society for Computer Simulation Series v. 15, no. 1, pp. 132 – 139.

Schaffranek, R. W., 1987, Flow model for open-channel reach or network. U.S. Geological Professional Paper 1384, 12 p.

Последний раз обновлено: 01 февраля 1994)
 top