Southsaint.rar_Southsaint_城市_应急matlab_洪水

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82 浏览量 2022-07-14 01:27:51 上传评论收藏 2KB RAR 举报

在城市公共安全领域，洪水作为一种常见且破坏力巨大的自然灾害，对城市基础设施、居民生活和财产安全构成了严重威胁。随着城市化进程的加快，城市洪涝问题日益凸显，因此，对于洪水的预测、预警及应对措施的制定显得尤为关键。《南圣方程在城市洪水应急模拟中的应用与MATLAB实现》的研究，正是致力于运用科学的计算方法来应对这一挑战。南圣方程，又称为圣维南方程，是一组描述一维非恒定流体动力学行为的经典方程组。由法国工程师阿道夫·圣维南提出，它在河流、运河以及城市排水系统的水力学模拟中扮演着重要角色。这些方程组能够捕捉水深、流速和水位随时间和空间变化的动态关系，为洪水的模拟提供了理论基础。在应对城市洪水时，南圣方程的差分求解方法变得尤为重要。差分方法是一种数值分析技术，它能够将连续的偏微分方程转化为离散的代数方程，进而通过计算机进行迭代求解。这种方法可以较为精确地预测洪水的传播路径、速度和强度，为制定有效的防洪措施提供科学依据。 MATLAB作为一种强大的数值计算和可视化工具，其应用贯穿于整个洪水模拟过程。在本研究的"Southsaint.rar"文件中，可能包含了关键的MATLAB脚本文件"Southsaint.m"，其内容可能涉及南圣方程的离散化、时间推进和边界条件处理等多个关键步骤。通过MATLAB的计算能力，研究者可以实现洪水演进模型的快速求解，并通过图形化界面直观地展示模拟结果。此外，"Southsaint"模型可能与地理信息系统（GIS）数据紧密集成，利用地形高程、城市基础设施分布等空间信息，使洪水模型与实际情况相结合，进一步提高模拟的准确性和实用性。通过这种方式，模型能够输出一系列决策支持信息，例如洪水淹没图、水位变化曲线等，对于城市洪涝风险管理、紧急疏散计划的制定以及防洪工程的设计与评估具有不可或缺的作用。在未来，随着科学技术的进步，城市洪水模拟和预测方法也将不断优化和更新。利用更先进的数值计算方法和大数据分析技术，将能够进一步提高洪水模型的准确度和效率。此外，将洪水模型与人工智能、物联网等新兴技术相结合，也有可能为城市公共安全应急系统带来新的突破。总结而言，"Southsaint.rar"在城市洪水应急管理中扮演着重要角色。它提供了一套基于南圣方程的洪水演进模型，并通过MATLAB实现数值求解与可视化。在城市化快速发展的当下，通过理解和运用这套模型，城市管理者能够增强对洪水灾害的应对能力，有效减轻洪水带来的经济损失和人员伤亡，进一步提升公共安全管理水平。

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Southsaint.rar （1个子文件）

Southsaint.m 3KB

function Southsaint % 洪水模型（圣维南方程的差分求解方法）； % All Right Reserved 城市公共安全应急系统中一维洪水演进及其可视化研究 ; % Modified by lilongduzhi@yahoo.com.cn hehe:) % RiverLength = 5089.2 clear all ; zd = [11.018 ,10.915 ,10.810 ,10.710 ,10.610 , ... 10.510 ,10.410 ,10.300 ,10.200 ,10.100 ,10.000 ]; Zo = [19.518 ,19.515 ,19.510 ,19.510 ,19.510 , ... 19.510 ,19.510 ,19.500 ,19.500 ,19.500 ,19.500 ]; Qo = [30 ,30 ,30 ,30 ,30 ,30 ,30 ,30 ,30 ,30 ,30 ] ; b = 5; % 底宽； m = 3; % 边坡； I = 0.0002; % 底坡； n = 0.013 ; % 河床糙率； g = 9.8 ; % 初始赋值　； j = 1 ; z(j ,:) = Zo ; Q(j ,:) = Qo ; % 时间步长； t = 0 ; Times = 30 ; numOfs = 11 ; delta_s = 500; delta_t = 60 ; % 测试： Wm =[]; Np = []; zpp = []; zll =[]; while j < Times t = t + delta_t; % 计算各断面在t时刻的水面宽和过水面积(河道断面为梯形) ； % 计算断面面积及水面宽； h = z(j ,:) - zd ; % 水深　； A = (b + m.*h).*h ; % 过水断面面积； p = b +(1+m^2.*h).^0.5; % 湿周； B = b + 2*m.*h ; % 水面宽； j = j +1 ; % 时间数； for i=1:numOfs % 计算M点的值（应当是P点的前一时间段的值）； AM = A(i); BM = B(i); QM = Q(j-1 ,i) ; zM = z(j-1 ,i) ; RM = A(i)/p(i) ; vM = QM/AM ; M = [vM ,AM ,BM ,QM ,RM ,n ,g]; wminus = vM - (g*AM/BM)^0.5; wplus = vM + (g*AM/BM)^0.5; N = BM*(QM/AM)^2*I-g*n^2*QM^2/(AM*RM^(4/3)); % 计算P点的左右节点的值； if i == 1 % 上游； zP = 19.518 ; % 上游边界条件，定值； QE = Q(j-1 ,i+1); zE = z(j-1 ,i+1) ; zR = (delta_t/delta_s)*wminus*(zM-zE)+zM; QR = (delta_t/delta_s)*wminus*(QM-QE)+QM ; QP = QR + BM*wplus*(zP-zR) + N*delta_t ; elseif i == numOfs % 下游； QD = Q(j-1 ,i-1); zD = z(j-1 ,i-1); zL = (delta_t/delta_s)*wplus*(zD-zM)+zM ; QL = (delta_t/delta_s)*wplus*(QD-QM)+QM ; QP = 30+ t/60*(630-30)/20 ; QP = min(QP ,630) ; % 水位计算公式：Bw-(M)*(zP - zL)-QP+QL = N*delta_t ; zP = (N*delta_t -QL +QP)/(BM*wminus) + zL ; else % 中游节点 QD = Q(j-1 ,i-1); zD = z(j-1 ,i-1); QE = Q(j-1 ,i+1); zE = z(j-1 ,i+1); zL = (delta_t/delta_s)*wplus*(zD-zM)+zM ; QL = (delta_t/delta_s)*wplus*(QD-QM)+QM ; zR = (delta_t/delta_s)*wminus*(zM-zE)+zM; QR = (delta_t/delta_s)*wminus*(QM-QE)+QM; % 计算P点的值； zP = (QR - QL + BM*wminus*zL-BM*wplus*zR)... / (BM *wminus - BM *wplus); QP = QR + BM*wplus*(zP-zR) + N*delta_t; end % 记录数据： Q(j ,i) = QP ; z(j ,i) = zP ; end end i = 7 ; % 取第七个切面做观测，可任选： subplot(1,2,1) plot(z(: ,i)); % 上游流量变化； title(['第',num2str(i),'断面水位变化']); xlabel('时间'); ylabel('水位'); subplot(1,2,2) plot(Q(: ,i)); % 上游流量变化； title(['第',num2str(i),'断面流量变化']); xlabel('时间'); ylabel('流量'); % ------------------------------------------- % %PS：文献所述的有限，当初编这个程序有很多的疑问，后解决了，相信对大家了解圣维南方程的求解会有帮助 %研究洪水模型源于参加的研究生数模，因文献的算例有一定的特殊性（给出上下游水位或流量过程线），没有用到提交的论文上

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