Моделирование затоплений населенных пунктов в период весеннего паводка
Автор: Кликунова Анна Юрьевна, Дьяконова Татьяна Андреевна, Агафонникова Екатерина Олеговна, Маковеев Илья Сергеевич, Корнаухова Мария Анатольевна, Радченко Виктор Павлович
Журнал: Математическая физика и компьютерное моделирование @mpcm-jvolsu
Рубрика: Моделирование, информатика и управление
Статья в выпуске: 3 т.24, 2021 года.
Бесплатный доступ
Рассматривается проблема затопления территорий паводковыми водами для населенных пунктов Волгоградской области. Построена численная модель динамики паводковых вод, учитывающая топографию рельефа местности. В основе цифровой модели рельефа русла и поймы лежат пространственные данные SRTM3 и SRTMGL, топографические карты местности, продольные профили рек. Определены расходы воды для рек Бузулук и Перевозинка и построен гидрограф Волжской ГЭС для заданных вероятностей превышения уровня воды. Получены карты затоплений для следующих населенных пунктов: г. Новоаннинский, х. Березовка 1-я, х. Вязовка. Приведены максимальные значения глубин для 1 %, 3 %, 5 %, 10 %, 25 % и 50%-ной водной обеспеченности. Проведен анализ паводковой ситуации и предложены соответствующие инженерно-защитные мероприятия для г. Новоаннинского, х. Березовка 1-я и х. Вязовка.
Численное моделирование, паводковое затопление, дамба обвалования, карта затопления, визуализация данных
Короткий адрес: https://sciup.org/149139552
IDR: 149139552 | УДК: 528.8, | DOI: 10.15688/mpcm.jvolsu.2021.3.6
Modeling of flooding of settlements during the spring flood
The problem of ooding of territories with ood waters for settlements of the Volgograd region is considered. A numerical model of ood water dynamics is constructed, taking into account the topography of the terrain. The simulation is based on two-dimensional shallow water equations. For compu- tational experiments, a parallel implementation of the numerical scheme CSPH- TVD for NVIDIA graphics accelerators with CUDA technology is used. The digital model of the river-bed and oodplain relief is based on spatial data SRTM3 and SRTMGL, topographic maps of the area, longitudinal pro les of rivers. The water ow rates for the Buzuluk and Perevozinka rivers are determined and a hydrograph of the Volga hydroelectric power station is constructed for the given probabilities of exceeding the water level. Flood maps were obtained for the following localities: Novoannisky, Berezovka 1, Vyazovka. The maximum values of the depths for 1%, 3%, 5%, 10%, 25% and 50% of water security are presented. An analysis of the ood situation was carried out and appropriate engineering and protective measures for settlements were proposed. At maximum ood water levels, residential buildings of Berezovka 1 are not subject to ooding. In order to minimize the negative impact for the city of Novoanninsky, it is proposed to carry out timely clearing of the river-bed of the Perevozinka river from congestion. To protect from ooding Vyazovka it is recommended to use diversion dyke.
Список литературы Моделирование затоплений населенных пунктов в период весеннего паводка
- Барышников, Н. Б. Коэффициенты шероховатости речных русел / Н. Б. Барышников, Е. С. Субботина, Ю. А. Демидова // Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета. — 2010. — № 12. — C. 14-19.
- Дьяконова, Т. А. Метод оценки эффективного коэффициента шероховатости в меандрированных руслах на основе численного моделирования / Т. А. Дьяконова // Математическая физика и компьютерное моделирование. — 2018. — Т. 21, № 1. — C. 64-69. — DOI: https://doi.Org/10.15688/mpcm.jvolsu.2018.1.7.
- Определение границ зон затопления на основе гидродинамического моделирования / Т. А. Дьяконова, В. В. Кривко, Е. О. Агафонникова, А. Ю. Кликунова, Е. В. Соколовский, Е. С. Савин // Математическая физика и компьютерное моделирование. — 2020. — Т. 23, № 3. — C. 12-22. — DOI: https://doi.Org/10.15688/mpcm.jvolsu.2020.3.2.
- Свод правил СП 104.13330.2016 «Инженерная защита территории от затопления и подтопления. Актуализированная редакция СНиП 2.06.15-85». — Электрон. текстовые дан. — Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/456054204. — Загл. с экрана.
- Agafonnikova, E. O. Computer Simulation of the Volga River Hydrological Regime: Problem of Water-Retaining Dam Optimal Location / E. O. Agafonnikova, A. Yu. Klikunova, A. V. Khoperskov // Bulletin of the South Ural State University. Series: Mathematical Modelling, Programming and Computer Software. — 2017. — Vol. 10, № 3. — P. 148-155.
- Creation of cadastral maps of flooding based on numerical modeling / A. Y. Klikunova, A. V. Khoperskov, E. O. Agafonnikova, A. S. Kuz'mich, T. A. Dyakonova, S. S. Khrapov, I. M. Gusev // Journal of Computational and Engineering Mathematics. — 2019. — Vol. 6, № 2. — P. 3-17.
- Dyakonova, T. Bottom friction models for shallow water equations: mannings roughness coefficient and small-scale bottom heterogeneity / T. Dyakonova, A. Khoperskov // Journal of Physics: Conference Series. — 2018. — Vol. 973, № 012032. — P. 1-10.
- Dyakonova, T. Numerical model of shallow water: The Use of Nvidia Cuda Graphics Processors / T. Dyakonova, A. Khoperskov, S. Khrapov // Communications in Computer and Information Science. — 2016. — Vol. 687. — P. 132-145.
- Justification of Hydrological Safety Conditions in Residential Areas Using Numerical Modelling / V. V. Belikov, A. I. Aleksyuk, N. M. Borisova, E. S. Vasilieva, S. V. Norin, A. B. Rumyantsev // Water Resources. — 2018. — Vol. 45, № 1. — P. 39-49.
- Klikunova, A. Creation of digital elevation models for river floodplains / A. Klikunova, A. Khoperskov // CEUR Workshop Proceedings. — 2019. — Vol. 2391. — P. 275-284.
- Khoperskov, A. A Numerical Simulation of the Shallow Water Flow on a Complex Topography / A. Khoperskov, S. Khrapov // Numerical Simulations in Engineering and Science. — 2018. — P. 237-254.
- Khrapov, S. S. Application of Graphics Processing Units for Self-Consistent Modelling of Shallow Water Dynamics and Sediment Transport / S. S. Khrapov, A. V. Khoperskov // Lobachevskii Journal of Mathematics. — 2020. — Vol. 41, № 8. — P. 1475-1484.
- Zhang, Q. A note on the Riemann problem for shallow water equations with discontinuous topography / Q. Zhang, W. Sheng // Applied Mathematics Letters. — 2021. — Vol. 116. — P. 1-22.
- Regularized shallow water equations and an efficient method for numerical simulation of shallow water flows / O. V. Bulatov, T. G. Elizarova, J. Fernandez-Pato, I. Echeverribar, M. Morales-Hernandez // Computational Mathematics and Mathematical Physics. — 2011. — Vol. 51, № 1. — P. 160-173.
- The shallow water equations and their application to realistic cases / P. García-Navarro, J. Murillo, J. Fernandez-Pato, I. Echeverribar, M. Morales-Hernandez // Environmental Fluid Mechanics. — 2019. — Vol. 19, № 5. — P. 1235-1252.
