基于非结构网格的二维溃坝洪水数值模型

基于三角形非结构网格,采用有限体积法建立了平面二维水动力学模型,用于模拟复杂边界和地形下溃坝洪水的运动过程。该文采用中心迎风格式求解界面数值通量,并通过引入限制器技术对界面两侧变量进行重构,使其在空间上具有两阶精度。采用局部改变河床高程方法对界面重构变量进行修正来提高模型的干湿处理能力。该模型既能保证数值格式的和谐性,又能够确保整个计算过程中水深是非负的。通过采用三个典型算例的验证和一个实例溃坝洪水过程的模拟分析,计算结果表明:该模型能很好地捕捉复杂地形和边界条件下洪水演进过程中的洪水锋面运动、干湿节点转化、水深和流量变化等过程,具有很强的稳定性、水量守恒性和激波捕捉能力,特别适用于具有复杂地形和阻水结构物的溃坝洪水演进案例分析。     

基于MIKE FLOOD耦合模型的塔洋河下游洪水演进分析

海南省塔洋河下游段降水丰富,洪水灾害频发,急需构建该河段洪水演进分析模型,为科学防洪减灾措施制定提供支持。基于塔洋河下游河段实测断面资料与高精度DEM,采用MIKE FLOOD建立河段一维水动力模型和两岸洪水威胁区二维水动力模型并实现两者的实时动态耦合,模拟分析下游河段50年一遇洪水漫溢演进过程及淹没风险,计算不同时段内洪水淹没范围和水深分布,并从水量平衡和流场分布等角度对计算结果进行合理性分析。结果表明,所建模型能够有效模拟塔洋河下游洪水演进过程及风险分布特征,计算结果较为合理可靠,可为区域防汛指挥、洪水风险管理与防洪预案制定等提供重要基础信息。     

基于非结构网格的洪水演进过程中GPU加速数值模型研究

为降低洪水风险并有效地进行洪水管理,研究洪水演进及淹没过程显得尤为重要。该文建立了一套基于非结构网格的二维水动力数值模型,采用三角形网格剖分计算域以适应不规则地形边界,并利用图形处理器(GPU)加速技术以大幅提高模型计算效率,可快速有效地模拟大尺度复杂地形条件下的洪水演进过程,为防洪减灾决策提供强有力的数据支撑。通过三个经典算例研究表明:该模型具有较高的准确性、稳定性和适用性。并将模型应用于Malpasset溃坝后的洪水演进过程,发现计算结果与实测数据吻合较好,计算效率较高,仅用时52 s就完成了溃坝后3 600 s内水动力过程的模拟计算,表明模型能高效准确地模拟大范围高分辨率地形上的洪水演进过程,具有较高的应用价值。     

溃堤山洪淹没风险评估水动力耦合模型及应用

建立山洪沟道溃堤洪水演进一、二维水动力耦合数值模拟模型,分析评估溃堤山洪淹没风险。针对阻水道路和灌渠渠堤等特殊边界,将其概化处理为宽顶堰并利用非结构化网格加密剖分技术耦联特殊边界,同时采用干湿水深理论提高模型计算效率,使溃堤山洪耦合模型能够准确反映计算区真实地形以及水流的动态演进过程。将模型应用于宁夏大武口沟城区段100年一遇溃堤山洪演进计算,模拟了沟道与溃口分流洪水运动以及两者动态交互传递过程,并分析了洪水淹没风险分布特征及影响情况,研究成果可为山洪沟道溃堤洪水风险评价及防洪规划等提供技术支持。     

联安围防洪保护区洪水演进模拟分析EI北大核心CSCD

针对联安围防洪保护区地形多变,水系复杂的特点,以水力学方法为理论基础,构建了一维水流模型与二维非恒定流模型水动力耦合的洪水模拟模型,综合考虑研究区丘陵地形、不同重现期洪水、防洪系统薄弱堤段等组合情景,进行基于情景方案的河道溃决洪水演进模拟及风险分析,模拟不同情景下保护区内的淹没面积、水深、溃口流量过程和洪水演进过程。结果表明,该模型能综合反映溃堤洪水造成的影响,可为洪水灾害的预警提供技术支持。     

恩县洼蓄滞洪区洪水演进数值模拟

为研究恩县洼蓄滞洪区洪水演进过程,采用EFDC模型根据蓄滞洪区内不同地形条件对该区域进行二维数值模拟计算。在模拟时采取了两种不同方案进行对比模拟,通过对方案模拟结果比较分析,表明蓄滞洪区出流量大小对洪水演进影响很大,同时也表明EFDC模型模拟二维洪水演进效果较好,可为蓄滞洪区防洪减灾等提供技术支持和研究方法。     

城市地区水库溃坝洪水演进模拟

因水库下游的地形、边界、糙率等存在明显不同,城市水库溃坝后的下泄演进与山区水库可能存在显著差异。针对城市水库下游区域建筑物众多、糙率复杂的特点,利用地理信息系统(GIS)技术生成高仿真的数字高程模型(DEM),对不同地表类型赋予不同的糙率值并生成糙率场。以深圳龙口水库为例,利用MIKE21水动力模块构建溃坝洪水演进模型,假设主坝瞬间全溃后对下泄洪水进行演进模拟。计算结果表明:模型能较好地模拟城区建筑物的雍水效应,较能反映城市主干道在洪水演进过程中的引导作用以及局部地区洪水迅速涨落和消退的特点,说明高仿真的DEM和多元分布的糙率场对保证城市水库溃坝模拟演进的合理性具有重要作用。     

溃堤洪水分析的一、二维水动力耦合模型及应用

建立一、二维水动力耦合数学模型以模拟溃堤洪水的演进过程,其中一维模型采用Preissmann格式离散,二维模型利用基于非结构网格的Roe格式离散。将道路、灌渠等特殊边界概化为宽顶堰并作线性处理,利用非结构网格与特殊边界的耦联,建立具有真实地形的耦合模型,并采用干湿水深理论对模型进行优化。将模型应用于黄河青铜峡河西灌区溃堤洪水的模拟,较为真实地再现了洪水在计算区域内的演进过程与淹没范围,体现了道路、灌渠等特殊边界的阻水效果与桥涵的过水效果。     

二维水流模型在滹沱河高标准行洪区防洪评价中的应用

沿水深对三维雷诺方程进行莱布尼兹积分得到二维非恒定流运动方程,据此建立滹沱河洪水演进数学模型。根据研究区边界条件及洪水标准,采用合适的水动力学方法,对河道行洪和实时洪水位进行了计算,并考虑了模型区内微地形的影响。在动边界处理时,采用数组跟踪的方法,提高了计算效率。利用滹沱河"96.8"洪水资料对模型进行了验证,模拟水位成果与实测资料吻合较好。在此基础上,模拟了不同标准行洪条件下,滹沱河行洪区内高尔夫球场建设前后的洪水形势,较好地反映了建设项目对河道行洪的影响。模拟结果表明该模型设计合理,具有一定可靠性和实用性。     

珠湖蓄滞洪区溃堤洪水模拟及损失评估

为有效评估蓄滞洪区溃堤洪水灾害风险,本文依托鄱阳湖区珠湖蓄滞洪区,建立了洪水演进数值模型,模拟了蓄滞洪区溃堤洪水演进过程,获得了历史最高洪水位下的蓄滞洪区淹没范围、淹没水深及流速等重要淹没信息,进而根据洪水淹没信息分别估算了溃堤洪水可能给蓄滞洪区造成的生命、经济和生态环境损失.研究结果可为溃堤洪水灾害风险评估、蓄滞洪区内灾害等级划分、人员和物资撤离及迁移方案制定等提供重要的理论依据.     

基于SWMM模型的沿海城市内涝模拟研究

沿海地区台风过境时的短历时强降雨可迅速形成地表径流,易导致城市内涝,造成严重的经济损失和人员伤亡。为缓解该问题,本文以福州晋安河流域为例,构建了基于SWMM管网和地面二维积水的城市内涝模拟模型,以研究该区域城市内涝成因及应对策略。实例研究表明,上游库湖泄水抬高内河水位,下游外江涨潮使内河排水不畅,是形成内涝灾害的主要原因。为此提出库湖闸站联合错峰调度方案,有效防止下游江水倒灌。以苏迪罗台风降雨为例,采用该调度方案可减少管网节点溢流量27.44%,缩小淹没面积29.73%,降低内涝严重区河道最高水位1.02 m,有效缓解地表淹没。本研究成果可为福州城市内涝的科学调度提供技术支撑,同时对其他沿海城市的防洪调度具有参考价值。     

基于TELEMAC-2D模型的深圳洪涝风险评估

基于TELEMAC-2D模型构建深圳市深圳河流域洪涝仿真模型,选取两场实测暴雨(20180607和20180916)的内涝淹没资料对模型进行验证,结果表明所构建的模型具有较好的可靠性和精度。采用构建的仿真模型模拟暴雨重现期为50年一遇、雨峰系数为0.4条件下,降雨历时分别为30min、60min、90min和120min4种情景下洪涝发生的过程,获取积水深度、积水面积和流速等致灾因子,考虑不同流速和积水深度组合情境下对深圳河流域进行内涝风险评估。结果表明:随着降雨历时的增加,积水深度、积水面积和流速均增大；根据积水深度和流速对深圳河流域进行洪涝风险分区,中高风险区面积随着降雨历时的增加不断增大；中高风险区占流域总面积比例较小,但容易出现人员伤亡和财产损失,当出现中高风险区时,应及时发布信息,积极采取应急减灾措施。     

基于“内涝点”的城市防洪排涝模式研究

为探究新的城市防洪排涝理念及防洪排涝模式,基于前人积水计算模型研究及城市洪涝灾害特点分析,在对"内涝点"重点治理的城市防洪排涝理念的基础上,建立基于"内涝点"的城市防洪排涝模式。以太原理工大学迎西校区为试验区域,以太原市某次典型降雨为算例,对所建积水计算模型进行验算。结果表明:使用模型计算得到的"内涝点"积水深度和积水历时均与实测资料符合,由此验证了模型的合理性。     

基于空间展布式社经数据库的洪涝灾害损失评估模型研究

本文在总结近年工作经验的基础上,通过对洪涝灾害造成损失的影响因素分析和损失定量评估所需的合理空间尺度分析,研究了分别适合于城市和农村的社会经济资料空间展布方法和社会经济空间数据库,以及以此为基础的洪涝灾害损失定量评估模型。模型考虑了城市与农村的差别、受灾体的分类、淹没水深、淹没历时,预警时间等因素对洪涝灾害损失的影响。模型可以用于洪涝发生前损失的预估以及洪涝灾害发展过程中的损失评估。     

洪泛区洪水泥沙数学模型的研究和应用

洪泛区暴雨洪涝灾害是一个严重的问题,伴随着暴雨洪涝,洪水泥沙等沉积物淤积问题突出。采用数值模拟的方法解决暴雨洪水滞涝及泥沙淤积问题。利用二维水流模型理论和二维泥沙运动理论,建立了适用于洪泛区的洪水泥沙输移数学模型。模型由两部分组成,洪水滞涝水动力模型和洪水泥沙输运数学模型。洪水滞涝水动力模型采用加权质量集中的有限单元法...     

基于K近邻和水动力模型的城市内涝快速预报

利用水动力模型模拟各量级降雨情况下的城市内涝演变过程,以内涝演变过程数据作为K近邻算法机器学习模型的训练集进行模型训练,采用大气数值模式预报降雨驱动经过训练的K近邻算法机器学习模型进行城市内涝快速预报,并以陕西省秦汉新城3场实测降雨检验了模型的预报性能。结果表明:该模型可在17s内快速预测出城市内涝积水,预报内涝积水面积平均误差不超过8%,积水量及积水深度平均误差不超过15%;该模型预报性能较好,可增强城市防灾减灾能力,有效降低生命财产损失。     

桃林口水库下游山区洪水演进模拟和洪灾损失评估

以二维非恒定流控制方程为理论基础,采用有限体积法,建立了洪水演进数学模型。将改进的水量平衡模式应用于山区洪水演进计算,以解决单元虚假流动的问题;同时在考虑山区地形对洪水演进的影响条件下,以桃林口水库泄洪过程作为模型边界条件,对下游山区的淹没范围、淹没水深和流场进行了模拟;并结合青龙河两岸洪痕点实测值对模型进行了验证,模拟结果与实际情况基本吻合;最后以洪水演进为基础,对洪灾经济损失和生命损失进行了估算。该研究成果可为评价区域防洪影响提供必要的研究思路和方法。     

洪泽湖周边滞洪区暴雨内涝预报预警系统研究

洪泽湖地区进入梅汛期后多阵雨,局部暴雨,受洪泽湖及行洪河道高水顶托影响,洪泽湖周边滞洪区内涝水外排困难,常遇洪涝灾害。为了科学合理地分析暴雨内涝导致的洪涝风险,建立了一、二维耦合的水动力学模型,并基于Web GIS技术,构建了B/S架构的洪泽湖周边滞洪区暴雨内涝预报预警系统。系统可实时在线滚动显示雨量及关注点水位,进行实时或模拟超标洪水预警,对于保障洪泽湖周边滞洪区的防洪安全,加强淮河下游地区洪涝灾害风险管理具有重要意义。     

防洪排涝排水一体化模型在洪水风险图编制中的应用

随着城市洪涝灾害频繁发生,编制洪水风险图已成为当前国内外城市防洪减灾工作中重要内容,它可反映区域洪涝成因、量级、特性、危及对象及应急对策等风险信息分布特征。采用水力学方法构建水力学模型模拟研究区域洪水演进情况是洪水风险图编制常用的方法,通过构建考虑河道、城市地下管网、排水系统设施、阻水建筑物、水利工程及调度的防洪排涝排水一体化模型,将城市防洪排涝与排水有机结合,并兼顾流域与区域风险,通过历史降雨对模型进行校核验证,保证模型的可靠性。模拟计算了景德镇市城区因超标准洪水导致防洪墙溃决或城市暴雨可能发生的受淹和积水情况,并根据计算结果绘制洪水风险图,对景德镇市预防外围洪水、降低城市内涝洪水影响及土地利用和城市发展规划等提供决策依据和技术支持。     

河道边界水位对管道排水能力的影响分析

为保证城市排水安全,缓解城市内涝,针对河道排涝水位对管道排水的动态影响问题,选用宿迁市马陵河排水片区为研究区,基于SWMM模型,模拟2、3和5 a重现期暴雨条件下出水口管道分别为自由出流、半淹没出流和完全淹没出流3种情形的管道相对排水能力变化,并在此基础上探求马陵河各分段控制水位。结果表明:管道水流主要受河道高水位作用,即管道完全淹没出流时,排水能力随水位的升高而不断减小,减小程度与末管道高差和水位动态顶托管道水流有关。此结论可为城市排水管网改造及河道调控水位除涝提供科学参考。