Расчет прорывной волны

[Алекс]

Добрый всем день!
Стоит задача написания программы по расчету прорывной волны при разрушении плотины водохранилища.
Формул по расчету высоты, скорости и времени продвижения фронта, гребня и хвоста полно.
Но почему-то во всех источниках, с которыми знакомился, никто нигде не заморачивается вопросом траектории движения волны.
Ведь при условии протекания бытового русла по плоской долине, где колебания высот на большой площади не значительны по сравнению с высотой волны,
волна, на мой взгляд, вовсе не обязана продвигаться по бытовому руслу. Она пойдет туда, куда ей удобнее идти. По траектории, близкой к прямой и изменяющейся только при встрече с препятствиями. И через рассчитываемые створы она может вообще не пройти. А время прохождения остальных будет рассчитано неверно. За счет разности длин траекторий.
Если есть специалисты в этой области, подскажите, пожалуйста, прав я или нет.
Прилагаю картинку. На ней бытовой фарватер и логичная, на мой взгляд траектория движения волны.

https://disk.yandex.ru/i/SiQKcaaSf0B8rw

[gamm]

у американцев вроде есть программы, которые подобное считают, но там нужен детальный рельеф с лидара, включая растительность, и так далее, подготовка данных дело долгое и дорогое.

P.S. С практической точки зрения, у местного МЧС должны быть расчеты, с учетом реальной картины затопления по прошедшим паводкам.

[Кирилл R.]

Зачем изобретать велосипед, если лучше HEC-RAS уже ничего не придумать? Импортозамещение? Это же настолько сложная задача, что взять и просто написать, поспрашивав на форуме ГИС-специалистов, просто нереально. Вам нужны специалисты по гидрологии, гидравлике и русловым процессам.

[speleorad]

Я подобные задачи делаю в Hec-Ras. Сценарий развития прорана задаётся вручную, далее двухмерные уравнения Сан-Венана. Солвер считает неявной конечной разностью, и довольно чувствителен к частной производной по времени.
В целом задача ставится также как и любой другой CFD считалке:
- грузим растр поверхности
- строим сетку дискретизации (mesh, сетку узлов.. названий много)
- добавляем в сетку логические сущности: водослив, дамбу, трубу и тд
- добавляем начальные и граничные условия и зоны шероховатости.
- настраиваем солвер (метод решения, дополнительные факторы типа Кориолиса, неньютовской жижи, турбулентности)
- жмем RUN и надеемся на стабильное решение

Есть наша отечественная программа Беликова В.В stream 2d (от Института Водных Проблем) которая делает тоже самое, но судя по лекциям, она ещё и сама моделирует развитие прорана и деформацию дна.

волна, на мой взгляд, вовсе не обязана продвигаться по бытовому руслу. Она пойдет туда, куда ей удобнее идти. По траектории, близкой к прямой и изменяющейся только при встрече с препятствиями

не совсем так... при моделировании солвер контролирует импульс (поэтому метод решения еще называют Full Momentum equation) могут возникнуть эффекты и движения воды по контр-уклону в некоторые дискретные моменты времени. На ютубе/дзене/телеграмме можно найти мой видос с прорывом, там явно видно что в первые минуты фронт прорыва течет не только вниз по руслу, но и конкретно заливает ущелье и вверх по течению. На плоских поверхностях импульс будет здорово корректировать благодаря разным шероховатостям Маннинга.


PS. Написать самому солвер на 2d Сан-Венане довольно сложная задача. Но ещё сложнее имхо сделать грамотный пре и пост процессоры. В хек расе препроцессор, это полноценный ГИС с кучей приятных плюшек.
Но сам солвер, разумеется, удел гидродинамики, а не ГИСа.

[speleorad]

у американцев вроде есть программы, которые подобное считают, но там нужен детальный рельеф с лидара, включая растительность, и так далее, подготовка данных дело долгое и дорогое.

P.S. С практической точки зрения, у местного МЧС должны быть расчеты, с учетом реальной картины затопления по прошедшим паводкам.

в зависиомости от масштабов задачи.... если я моделирую гидротехническое сооружение (например водослив) или маленькую речку с мостиком, то да.. перед HEC-RAS предстоит кропотливая работа в CAD для создания точной tin поверхности и экспорта ее в растр.
Если адовый паводок с разрушением ГТС 1 категории и глубиной прорана метров 100, то вполне хватит Copernicus. (индусы вообще на SRTM моделят и не парятся ) Все остальные неопределенности мы калибруем как раз при помощи дополнительных коэффициентов (самый известный Mannings n value - шероховатость маннинга). В такой задаче супер точная лидарная съемка с деревьями скорее повредит, чем поможет.

МЧС, к сожалению (насколько я понимаю) в общей массе до полноценных сценариев развития по времени не доросло. Они вполне довольствуются полилинией "зона затопления". Но этого, разумеется, недостаточно. Я с дочкой играю в игру: включаю ей затопление, а она пытается пальцем по монитору водить - угадать траекторию "как дяде Васе спастись из домика на холме". Бывает что выдуманный дядя Вася попадает в западню из воды.