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FLO-2D模式在1986年被概念化預測泥石流液壓系統。美國聯邦緊急事務管理局(FEMA)支持的模型開發并于1988年應用于科羅拉多州的特柳賴德,在過去的30年中,FLO-2D已成為使用的商用洪水模型。FLO-2D與其他水文和水力模型的區別在于它能夠以高分辨率和無限細節模擬城市洪水,包括雨水排放系統。使用小至10英尺(3米)的元素,FLO-2D在體積守恒,速度,數值穩定性和細節方面是一個的模型。FLO-2D設置簡單,編輯更簡單(無網格再生)。
FLO-2D是一種模擬河流,沖積扇,城市和沿海洪水的洪水路徑模型。
FLO-2D可以解決任何不同的洪水問題,包括:
河岸邊洪水泛濫
流域降雨和徑流
城市洪水與街道流動,流動阻礙和儲存損失
陸上颶風激增
風暴排水模型
泥漿和泥石流
無約束的沖積扇流動
地表水和地下水相互作用
大壩和大堤突破
尾礦壩失效和容積雨岑
洪水保險研究
FLO-2D是一個綜合的水文和水力模型,因此?分離降雨/徑流和洪水路線。
FLO-2D分為FLO-2DBasic和FLO-2DPro兩個版本。其中FLO-2DPro是市場上全面且實惠的2D洪水路由工具。將這些城市工具和細節與其他模型進行比較,為:
全風暴排水/地表水界面
渠道風暴排水交換
人孔彈出
降雨/滲透與空間變化的NEXRAD數據
墻和建筑物流動阻礙
建筑屋頂徑流,落水管控制,護墻
墻和堤壩破裂和坍塌
建筑倒塌
還有很多......
FLO-2D Pro主要特點:
解決方案算法
該模型使用完整的動態波動量方程式和具有八個潛在流向的中央有限差分路由方案來預測方形網格單元系統上的洪水波進程。
創建網格系統
FLO-2D需要兩組數據:地形和水文學。地形可以由數字地形模型(DTM)點,等高線圖或測量數據表示。網格元素高程是通過DTM點的插值分配的。一個稱為Grid Developer System ( GDS ) 的處理程序會生成網格系統并分配高程。典型的網格元素大小范圍為10英尺(3M)至500英尺(150m)。方格元素的數量是無限的。
背景圖像
可以將航空圖像作為背景導入到GDS中,一輔助圖形編輯。GDS需要一個Word文件才能讀取圖像。
體積節省,路由算法穩定性和時間步長
準確的洪水調度的關鍵是節水。FLO-2D跟蹤并報告體積守恒。數值穩定性與體積守恒相關,當模型守恒體積時,模型運行速度更快。計算時間步長根據洪泛區,河道和街道流量的數值穩定性標準來增加或減少。
流入水文圖或降雨
流入水文圖可以分配給巷道或洪泛區節點。流入節點的數量是無限的。任何ASCII數據格式的水線圖都可以用作輸入。FLO-2D還可以允許降水模型,并且在被淹表面上可能會下雨。
使用NEXRAD數據復制歷史降雨事件
可以使用NESRAD降雨數據置信模型校準??梢允褂肎DS將NEXRAD ASCII柵格降雨數據插值到柵格元素。生成文件RAINCELL.DAT,以便每個網格元素在NEXRAD記錄的間隔(通常為5或15分鐘)中區分降雨數據。然后可以使用時空變化的降雨來模擬歷史降雨事件。調整NEXRAD數據以適應雨量計是匯編降雨數據所必需的。
滲透和蒸發損失
可以使用Green-Ampt,SCS曲線編號或HOrton方法來計算渠道或洪泛區的空間滲透率。Green-Ampt和SCS相結合的方法將使曲線數據降雨損失能夠與傳輸損失一起建模。洪泛區和河道流量均可計算地表水蒸發量。
用矩形,梯形或測量航界面模擬一維通道劉。在八個方向(4個羅盤方向和4個對角方向)上模擬了無限制洪泛區流量。針對每個時間步長模擬通道的溢流或回流。對于詳細的模擬,通道可以大于網格元素。支流流入是無限。GDS可以將HECRAS橫截面轉換為FLO-2D格式的數據文件。
街流
將街道模擬為帶有路緣的潛矩形通道。街道可以與洪泛區相交并交換流量。
水工結構
水力結構可以代表橋梁,涵洞,堰或其他水力控制特征。通過用戶指定的排量額定曲線或分配給通道或洪泛區元素的表格模擬水工結構。逆流是可能的。不連續的網格元素之間可能會發生涵洞流動。廣義涵洞方程將說明入口和出口的控制。
雨水排放系統
有一個完全集成的地表水和雨水排放系統。雨水排放組件可以包括無線的管道系統,入口,排水口和入孔蓋。使用物種雨水排放入口類型模擬入口控制。人孔蓋可以彈出。通過入口或帶有燃控的接線盒的流出是基于管道壓力和地表水高程之間的比較。有多種類型的排污口,其中可能包括水下排污口和擋板。
堤壩和堤壩潰壩失敗
可以通過在網格元素邊界上指定波峰高程來模擬堤壩,路堤和大壩。有幾種地方破壞方案,包括全面的充蝕侵蝕模型,可以選擇就中沉積物輸送方程式。堤壩破壞可以通過脆弱性曲線啟動。
建筑物和流動障礙
可以對由于建筑物或要素造成的洪泛區存儲損失進行建模??梢詮臐撛诘难蜎]中移除一部分或整個元素。網格元素流交換在所有八個流向中都可能部分或全部受阻。
屋頂徑流
屋頂的雨水徑流可以通過落水口進水控制和護墻來模擬??梢苑峙淇勺兊纳疃裙钪担═OL)以榮南其他屋頂存儲。屋頂的降雨徑流將根據屋頂的坡度添加到建筑物周圍的地下水表面。屋頂頂蓋可以將水流添加到地表水中,而洪水仍將圍繞建筑物。
低影響發展
可以使空間可變的公差深度(TOL)值來模擬用于站點開發的批量洪水蓄水庫。這可能包括生物保留,綠色屋頂,御水花園,可滲透的人行道,排水系統斷開,沼澤和現場存儲。分配TOL值以表示給定網格元素上的復合低影響開發(LID)技術。不同的網格元素課代表不同的LID技術。
分配通道流
可以用小溪和溝渠代替表層流模擬陸上流。較小的分配通道會隨著更多的流量進入溝渠而擴大。這種分配流可以縮短沖積扇洪水泛濫的時間。
泥漿和泥石流
FLO-2D模型使用二次流變模型模擬泥流,該模型包括粘性應力,屈服應力,湍流和分散應力項,他們是沉積物濃度的函數。粘性泥漿流可能會停止流動,繁殖,泥漿流可能會因流入而被稀釋。
泥沙輸送
使用11個可用方程式之一來計算河道和陸地流量的泥沙輸送。沉積物的體積以網格元素為基礎。沖刷和沉積在通道橫截面上不均勻分布??梢酝ㄟ^尺寸分數和裝甲模擬沉積物路徑。
地下水與地表水交換
FLO-2D模型在運行時域USGS地下水MODFLOW模型關聯。地下水好地表交換可以雙向發生。
限制費羅伊德數
可以將限制弗洛德編號分配給渠道,街道和洪泛區網格元素。當特定網格元素中的極限弗洛德數超過是,模型將增加粗糙度值以抑制數值波動。對于模型泛洪路由,為合理的Froude數校準n值非常有效。
模型輸出 ,結果和映射
文本輸出被寫入ASCII文件。后處理器MAPPER程序創建陰影輪廓,線輪廓或網格元素流深圖和危險圖??梢栽u估洪水損失,并且可以將FLO-2D輸出視為洪水動畫。MAPPER還將自動生成可以直接導入到ArcGIS的形狀文件。DFRIM工具可用于FEMA FIS研究。
現在可以使用HDF5或NetCDF二進制格式將結果寫入TIMDEP輸出文件。FOL-2D PRO根據ITIMTEP變量上指定的值以不同的格式寫入TIMDEP輸出文件:
對于選項0,1,2,3,4,必須指定輸出時間步TIMTEP。TIMDEP文件中打印的輸出變量的數量也得到了擴展。
FLO-2D主要特點:
求解算法
該模型使用完整的動態波動量方程式和具有八個潛在流向的中央有限差分路由方案來預測方形網格單元系統上的泛洪波進程。
創建網格系統
FLO-2D需要兩組數據:地形和水文學。地形可以由數字地形模型(DTM)點,等高線圖或測量數據表示。網格元素高程是通過DTM點的插值分配的。名為Grid Developer System(GDS)的處理器程序將生成網格系統并分配高程。典型的網格元素大小范圍為10英尺(3m)至500英尺(150m)。方格元素的數量是無限的。
背景
圖像可以將航空圖作為背景導入到GDS中,以輔助圖形編輯。
節約
流量,路由算法的穩定性和時間步長準確的洪水路由的關鍵是節約流量。FLO-2D跟蹤并報告體積守恒。數值穩定性與體積守恒相關,當模型守恒體積時,模型運行速度更快。計算時間步長數據值穩定性標準題贈或遞減。
流入水文圖或降雨
流入水文圖可以分配給河道節點或洪泛區節點。流入節點的數量是無限的。任何ASCII數據格式的水線圖都可以用作輸入。FLO-2D還可以充當降雨徑流模型,并且在被淹表面上可能會下雨。
河道和洪泛區流量的交換
用矩形,梯形或測量橫截面模擬一維河道流量。在八個方向(4個羅盤方向和4個對角線方向)上模擬了無限制洪泛區流量。針對每個時間步長模擬通道的溢流或回流。對于詳細的模擬,通道可以大于網絡元素。直流流入是無限的。GDS可以將HECRAS橫截面轉換為FLO-2D格式的數據文件。
街道流量
街道被模擬為帶有路緣的淺矩形通道。街道可以與洪泛區相交并交換流量。
水工結構
水工結構可以代表橋梁,涵洞,堰或其他水力控制特征。通過用戶指定的排量額定曲線或分配給通道或洪泛區元素的表格模擬水工結構。不連續的網格元素之間可能會發生涵洞流動。
建筑物和水流障礙物
可以模擬由于建筑物或要素造成的洪泛區存儲損失??梢詮臐撛诘难蜎]中移除一部分或整個元素。網格元素流交換所有八個流向中都可能部分或全部受阻。
支流河道流量可以用小溪和溝壑而不是表層留來模擬陸上流量。較小的分配通道會隨著更多的流量進入溝渠而擴大。這種分配流改善了集中在沖擊扇上的時間。
限制弗勞德編號
可以將限制弗勞德編號分配給通道,街道和洪泛區網格元素。當特定網格元素中的極限弗洛德數超過時,模型將增加粗糙度值以抑制數值波動。對于模型泛洪路由,為合理的Froude數校準n值非常有效。
模型輸出,結果和映射
文本輸出被寫入ASCII文件,后處理器MAPPER程序創建陰影輪廓,線輪廓或網格元素流深圖和危險圖??梢栽u估洪水損失,并且可以將FLO-2D輸出是為洪水動畫。Mapper還將自動生成可以直接導入到ArcGIS的形狀文件。
哪種類型的計算機系統才能運行FLO-2D?
越大越快越好。建議您買的計算機。操作系統應為Windows 7及更高版本以及64位OS。如果運行的單元數超過500000,則使用多個處理器。處理器速度也很重要,我們嘗試使用3.2 GHz或更高的頻率。對于筆記本電腦的 i7 和 i9 處理器速度也很重要。使用Windows 10 Pro,因為Windows Home會限制處理器。