GSSHA ( сетчатая поверхность / подповерхностных Гидрологического анализ ) [1] является двумерный, физически на основе водоразделов модели , разработанный инженером научно-исследовательский центр в США Инженерного корпуса армии . Он моделирует гидрологию поверхностных и подземных вод , эрозию и перенос наносов . Модель GSSHA используется для гидротехнических и исследовательских работ и находится в Федеральном агентстве по чрезвычайным ситуациям.(FEMA) список гидрологических моделей, принятых для использования в национальной программе страхования от наводнений для оценки гидрографа наводнений. Входные данные лучше всего подготовить с помощью интерфейса Системы моделирования водоразделов [2], который эффективно связывает модель с географическими информационными системами (ГИС).
Разработчики) | Инженерный научно-исследовательский центр |
---|---|
Стабильный выпуск | 6.0 / 30 января 2013 г . |
Написано в | C ++ |
Операционная система | Linux , Microsoft Windows |
Тип | Гидрологическое моделирование |
Лицензия | Программное обеспечение, являющееся общественным достоянием |
Веб-сайт | http://chl.erdc.usace.army.mil/gssha |
GSSHA использует квадратную сетку с постоянным размером сетки для топографии и характеристик водосбора, аналогично представлению цифровой модели рельефа . Соответствующие параметры модели присваиваются сеткам модели с помощью индексных карт. Карты индекса часто создаются на основе карт почв, землепользования / растительного покрова, растительности или других физико-географических карт .
История
Модель GSSHA [3] [4] [5] была получена из гидрологической модели CASC2D. [6] [7] GSSHA представляет собой значительное улучшение по сравнению с CASC2D с точки зрения возможностей, опций и численных процедур. GSSHA включает динамический временной шаг в зависимости от критериев стабильности, различные временные шаги для различных численных процессов и возможность работы на многопроцессорных компьютерах. Процессы, включенные в GSSHA, включают потоки поверхностных и грунтовых вод, гидросистему каналов, эвапотранспирацию , эрозию и осаждение, сети ливневого дренажа, водостоки плит , различные гидротехнические сооружения, а также судьбу и перенос загрязнителей / питательных веществ.
Формулировка
GSSHA использует регулярную квадратную сетку для вычислительной дискретизации водораздела. Данные о высоте берутся из цифровой модели рельефа .
GSSHA использует представление векторного канала. Это дает возможность каналам течь в любом направлении и изгибаться, независимо от разрешения сетки; эта функция точно сохраняет длину и наклон канала.
Модель GSSHA была разработана с самого начала, чтобы обеспечить «долгосрочное» моделирование, состоящее из нескольких событий. Таким образом, требуемые входные данные включают метеорологические переменные и параметры баланса энергии поверхности. В модель включена сезонность параметров эвапотранспирации .
Гидравлическая система наземного и руслового потоков основана на явных схемах диффузных волн конечного объема . В подпрограммах наземного и руслового потоков используется динамическое изменение времени для повышения стабильности модели и сокращения времени моделирования.
Поверхностные и подземные хранилища связаны через зону вадозы с использованием ряда различных дополнительных численных методов. Двумерный решатель грунтовых вод с конечными разностями связан с потоками через слой проводимости русла потока.
Существует ряд дополнительных методов для расчета эрозии и переноса наносов. Модель может использоваться для моделирования переноса отложений с удельным весом, отличным от песка.
Специальные возможности моделирования процесса
- Ввод осадков
- дождемеры , обратный квадрат расстояния или интерполяция ближайшего соседа
- радар-осадки
- Эвапотранспирация с использованием уравнения Пенмана – Монтейта.
- Проникновение
- Грин-Ампт
- Многослойный Green-Ampt
- Грин-Ампт с перераспределением [8]
- Уравнение Ричардса
- Сухопутный поток
- Явная диффузионная волна конечного объема
- Явная диффузная волна с переменным направлением предсказателя-корректора конечного объема
- Дамбы сухопутных потоков, такие как насыпи проезжей части
- Течение в канале с использованием явной диффузной волны конечного объема
- Гидравлические конструкции
- Плотины
- Водопропускные трубы
- Тазики для задержанных
- Озера
- Водно-болотные угодья
- Кривые рейтинга
- Кривые правил
- Запланированные выпуски
- Наземная эрозия и перенос наносов
- Пределы отрыва
- Удар капли дождя
- Осаждение
- Произвольные классы размера отложений
- Произвольный удельный вес осадка
- Перенос отложений с использованием трех различных необязательных уравнений
- Килинч и Ричардсон [9]
- Инглунд Хэнсон [10]
- Мощность потока
- Канальный перенос наносов
- Маршрутизация песка с использованием мощности потока
- Направление штрафов с использованием адвекции-диффузии
- Двумерные грунтовые воды
- Двумерная конечно-разностная схема
- Уэллс
- Граничные условия постоянного напора и постоянного потока
- Взаимодействие потока / водоносного горизонта
Текущие дополнения к модели GSSHA включают источник / приемник / перенос питательных веществ и загрязнителей.
Вычислительная специфика
GSSHA запрограммирован на C ++ и работает на компьютерах Windows или Linux. Модель управляется командной строкой и может использоваться в пакетном режиме. В настоящее время параллельные вычисления доступны с использованием подходов MPI или OpenMP. Ведется работа по переносу кода для работы на машинах с массивно-параллельной архитектурой с распределенной памятью .
Заявки на сегодняшний день
- Моделирование внезапных наводнений
- Прогнозы влажности почвы
- Загрузка наносов в приемные водоемы
- Прогнозирование прибрежных наводнений при приливных и ураганных штормовых нагонах
- Инженерный дизайн
- Гидрологическое образование
- Гидрологические исследования
Рекомендации
- ^ Downer, CW, и FL Ogden, 2004, GSSHA: модель для моделирования различных процессов создания речного стока, J. Hydrol. Engrg. , 9 (3): 161-174.
- ^ WMS
- ^ Downer, CW, и FL Ogden, 2004, GSSHA: модель для моделирования различных процессов создания речного стока, J. Hydrol. Engrg. , 9 (3): 161-174.
- ^ Downer, CW, FL Ogden, JM Niedzialek, и S. Liu, 2006, Модель поверхностного / подземного гидрологического анализа (GSSHA): модель для моделирования процессов образования разнообразных речных потоков, стр. 131-159, в Модели водораздела, В. П. Сингх и Д. Фреверт, ред., Тейлор и Фрэнсис Груп, CRC Press, 637 стр.
- ^ Даунер, CW и FL Огден, 2006, Руководстворешетчатой поверхности недропользованию Гидрологический анализ (GSSHA)пользователя, версия 1.43 для водоразделов моделирования системы 6.1 Система Wide Программа водных ресурсов, прибрежных и Hydraulics Laboratory, США Инженерный корпус армии, инженер исследований и Центр развития, ERDC / CHL SR-06-1, 207 с.
- ^ Жюльен, ПЯ; Сагхафян Б. 1991. Руководство пользователя CASC2D - Двумерная модель водосборных осадков и стока. Civil Engr. Отчет, CER90-91PYJ-BS-12. Государственный университет Колорадо, Форт-Коллинз. 66 стр.
- ^ Огден, Флорида, и П. Я. Жюльен, 2002, Распределенная модель CASC2D, в Математических моделях гидрологии малых водоразделов, Том 2, ред. В. П. Сингха, Р. Фреверта и Д. Мейерса, Публикации по водным ресурсам, ISBN 1-887201-35 -1 , 972 с.
- ^ Огден, штат Флорида, и Б. Saghafian, 1997, зеленый и Ampt инфильтрации с перераспределением, J. ирригации и дренажу инженерии , 123 (5): 386-393.
- ^ Kilinc, MY, и Ричардсон, Е. В. (1973). «Механика эрозии почвы от сухопутного стока, вызванного моделированием дождя». Документы по гидрологии № 63, Государственный университет Колорадо, Форт-Коллинз, Колорадо.
- ↑ Englund, F., and E. Hansen, Монография по переносу наносов в аллювиальных потоках, 62 стр., Teknisk Vorleg, Копенгаген, Дания, 1967.
Внешние ссылки
- GSSHA WIKI
- Система моделирования водоразделов Министерства обороны США
- WMS
- Список гидрологических моделей FEMA, отвечающих минимальным требованиям Национальной программы страхования от наводнений