淮河中游汛期——非汛期洪污调度数学模型

针对淮河中游防洪及防污调度的实际需求,在流域现有水文信息平台和水文预报系统的基础上,以一维模拟为主线,通过对水工建筑物、行蓄洪区等河网要素的概化处理,构建了淮河中游汛期-非汛期全过程防洪防污一体化数学模型。模型主要由水文预报模拟、河道水动力模拟、闸坝泵调度模拟、行蓄洪区蓄行功能模拟及河道水质模拟等功能模块组成,并采用水文-水动力-水质相耦合的集成措施,实现淮河中游多闸坝,多行蓄洪区水量水质的联合计算。模型复演了淮河近年来发生的典型洪水事件和水污染物事件,并和实测值进行了比较。结果表明,所建模型能够准确客观地描述研究区的洪水演进规律和污染物输移扩散规律,根据调度准则,汛期可给出任意断面水位、流量要素及行蓄洪区进出洪量等信息,非汛期可以获取污染团下泄的详细过程,为全年淮河中游闸坝群的洪污调度提供模型支撑。     

安徽省淮河洪水及行蓄洪区调度决策风险管理系统预警功能体系研究与开发

为增强淮河洪水应急响应与风险管理能力,构建符合安徽省防汛决策需要的安徽省淮河洪水及行蓄洪区调度决策风险管理系统,以近年来安徽省建立的淮河流域工程防洪体系、水文自动测报系统、水文预报系统、洪水风险图等成果为基础,通过对三线水位预警及行蓄洪区预警进行分析,研发了安徽省淮河洪水及行蓄洪区调度决策风险管理系统预警功能体系,包括实时洪水预报预警、巡查防守预警和调度预警,对推进安徽省淮河洪水调度管理工作的现代化与决策科学化具有重要意义。     

大型行蓄洪区洪水演进数值模拟与三维可视化技术

本文以淮河临淮岗洪水控制工程为例，对行蓄洪区GIS数据库建设、洪水演进数值模拟、洪水演进动态显示、洪水预报及洪水调度、行蓄洪经济损失评估等进行了研究，并在三维GIS软件VrMap2.0 SDK平台下开发了一套大型行蓄洪区防洪减灾决策支持系统软件，实现了防洪工程枢纽建筑物及其场景编辑、浏览、地物属性查询及电子沙盘模拟、防洪调度数值模拟、洪水淹没过程显示、水流场信息查询、闸门运行状态监控、分类财产损失评估、财产受损残余状况、建筑物破坏程度直观表现的功能。     

洪涝仿真模型中河网洪水的计算研究

为在洪涝仿真模型中计算河网及工程调度下的洪水演进,并综合考虑河道洪水与地面洪水的相互影响,本文建立了一维圣维南方程和河网汊点水量平衡方程组,按照preissmann四点差分格式进行离散,采用泰勒级数近似的方法计算了河网中跨河闸门在关闭、自由出流和淹没出流三种状态下的过流能力,利用并修改了矩阵标识法求解方程组,研发了一维河网模拟模型;利用堰流公式建立一维河网模拟模型和二维洪涝仿真模型的连接,实现了一、二维模型的耦合。从文献中选择典型算例验证模型,模拟结果与文献相同。以长江、汉江和东荆河河网及杜家台和洪湖蓄洪区为工程实例,模拟的河网洪水与实测数据基本一致,河道与两个蓄洪区的水量交换合理,证明新建立的一维河网模拟模型具备了对河网洪水演进的模拟能力,与二维模型耦合的方法合理。     

平原区河段洪水演进模拟系统研究与应用

基于数字流域平台和水力学模型软件HEC-RAS,研究了河道和行蓄洪区地形数据的处理、分洪口门和水利工程的模拟等技术难题,提出了上下游边界条件、初始条件的自动生成方法,模拟河道和行蓄洪区的洪水演进,研制了平原区河段洪水演进模拟系统,模拟河道洪水波在行蓄洪区各种工况条件下的运动过程。该模拟系统应用于流域洪水实时预报调度,评价行蓄洪区启用对洪水过程的影响,为流域防洪调度决策提供定量技术支持。在淮河流域王家坝至临淮岗区间,利用2007年7月份流域性大洪水期间的报汛数据系列,对本文提出的模拟系统进行了率定和验证,并评价了6种洪水调度方案的效果。结果表明系统中非恒定流模型的数值解稳定,模拟的洪水过程与实测系列吻合,客观地反映了研究区域洪水运动过程和行蓄洪区启用对该过程的影响,准确地评价了流域洪水调度方案的效果。     

1954年型洪水淮河中游防洪工程联合调度研究

建立了淮河中游洪河口至浮山段一、二维耦合水动力数学模型,采用实测洪水过程对模型进行验证,验证结果表明,模型具有较高的精度.基于水动力数学模型,在现状工况条件下,对1954年型洪水进行了调度模拟分析,研究了临淮岗洪水控制工程、行蓄洪区与分洪河道等防洪工程联合调度运用效果.计算结果表明,对于1954年型洪水,淮河干流行蓄洪区全部启用,不启用临淮岗工程,蚌埠以上大部分河段水位超保证水位,蚌埠以下河段水位低于保证水位.启用临淮岗工程,可以减轻下游的防洪压力,减少行洪区启用数量,减少行蓄洪区淹没面积,同时也增加了上游蓄洪区和部分河段的淹没水深和高水位历时.综合全河段分析,启用临淮岗工程,干流大部分河段水位较低,行蓄洪区淹没面积减少,防洪效果较优.     

一维河网水流数学模型在含多个沙洲的天然河道中的应用

对含有多个沙洲的天然河道,由于河道分汉,不便采用一维或平面二维模型计算洪水演进过程.通过把这种类型的河流看作小型河网,采用一维河网水流数学模型来进行模拟.将这种模型应用于东荆河洪水演进计算,率定后,模型验证的计算结果和实测资料基本一致,效果良好,将其应用于东荆河洪水调度具有积极的指导作用.     

基于水动力模型的花园湖行洪区优化调度研究

应用MIKE建立淮河干流蚌埠至浮山段水动力数学模型,利用典型年2007年实测洪水过程,对模型的参数进行率定和验证。通过建立一、二维模型,将淮河干流河道与行洪区进行耦合连接,进而对100 a一遇洪水演进过程进行模拟,建立行洪区不同启用条件下的水位—流量关系,从而对调整规划实施后行洪区启用条件进行合理性分析及优化,为行蓄洪区的调度运用提供依据。结果表明:遭遇100 a一遇洪水时,规划条件下花园湖行洪区按照临淮关水位达到20.60 m时启用,并且以进、退洪闸同时开启的闸门调度方式运用,行洪效果相对较好。     

荆江-洞庭湖洪水演进模型和基本算法

针对荆江-洞庭湖复杂河网系统规模庞大、水流复杂的特点,建立了一、二维联算洪水演进模型,其中河道与湖区采用一维河网模型,分蓄洪区水流采用二维模型模拟.在建模中,模型提出了实时预报模式、河网断流计算模式、河道与分蓄洪区水量交换模式.该模型可用于长江干流、洞庭湖区河网及湖泊、分蓄洪区的洪水演进和防洪调度的水流仿真.     

特大洪水在荆江河段演进模拟研究

针对荆江-洞庭湖复杂河网系统规模庞大、水流复杂特点，为模拟特大洪水在长江荆江河段的演进过程，建立了一、二维联算洪水演进模型，其中河道与湖区采用一维河网模型，分蓄洪区水流采用二维模型模拟。分别采用1996年及1998年水文资料对模型进行了率定和验证，取得了较好的结果。将模型模拟应用于荆江特大洪水调度，根据计算结果，启用荆江分洪区、虎西备蓄区、浣市扩大分洪区、人民大垸蓄洪区、洪湖分蓄洪区，且上百里洲扒口行洪时能确保荆江大堤安全。     

流域洪水模拟

通过对流域水流运动规律的分析，将流域的水流概化为调蓄单元的零维模拟、河道水流的一维模拟、行洪区水流的二维模拟、联系的处理及无资料径流的处理，对各部分的特点，采用相应的数值方法，统一进行求解，即构成了流域洪水模型，最后以淮河中下游段为试验区，进行了洪水还原计算，结果令人满意。     

长江中游蓄滞洪区分洪运用方案研究

蓄滞洪区是降低洪水风险的一种有效工程措施，能够充分有效地分蓄超额洪量，最大程度地降低高洪水位，从而减轻甚至消除下游的防洪压力。然而，蓄滞洪区的运用效果与洪水的类型密切相关。在水系复杂的长江中游地区，理想地运用蓄滞洪区一般比较困难，特别是在需要决策分洪运用蓄滞洪区又不知道未来的洪水过程时。以宜昌站至汉口站为研究范围，包括洞庭湖区及支流汉江，对钱粮湖、共双茶、大通湖东及洪湖东分块共计4个蓄滞洪区的分洪运用方案进行了研究。对于1998年实际洪水，利用水动力模型．研究出4个蓄滞洪区的理想运用方案。基于未来洪水的不确定性，对1998年实际洪水理想运用方案进行不同影响因素（包括水文、决策及洪水类型等因素）测试，总结出蓄滞洪区分洪运用的一般规律，并对本项目的进一步研究提出合理化建议。     

广东北江清西围临时蓄滞洪区调度优化研究

广东潖江蓄滞洪区采用新形势下的调度原则以后,使得清西围缺少了相应的调度方式。为此,建立了一维和二维耦合水动力数学模型,并采用该模型模拟计算了在北江300 a一遇洪水的工况下,潖江蓄滞洪区改变调度原则后,清西围不同开启时机、不同扒口位置及参数的调度运用方案。计算结果表明:广东潖江蓄滞洪区与清西围联合运用,可使石角站的洪峰流量削减至50 a一遇以下,从而能保障北江下游地区的防洪安全;当清远站的洪峰流量Q达到13 600 m~3/s时,启用清西围下游的恒屏段扒口(Z=10.9 m,B=300.0 m)的方案最优。相关研究成果可为广东潖江清西围的管理决策的研制提供科学依据,同时也能对北江下游防洪体系的优化调度运行提供参考。     

坝身泄洪水气两相流二维数值模拟

为了全面了解坝身泄洪水力学特性,采用基于VOF方法的水气两相流二维紊流数值模型对坝身表孔泄洪进行了计算模拟,得到的坝面压力、水舌入水点等水力特性与1:50比尺的整体模型试验值基本吻合,同时还进一步分析得出了坝后较真实的水舌风场、坝身泄洪的能量损失过程以及水垫塘的水流特性,表明两相流数值模拟是研究坝身泄洪水力特性的有效方法。     

黄河河口镇至龙门区间洪水特性分析

通过对黄河河口镇至龙门区间近 40年的实测水文资料 ,对黄河龙门水文站发生的 Q>60 0 0 m3 /s的 75场次洪水 (按照不同流量级别 )进行了统计分析。得出了河龙区间 Q>60 0 0 m3 /s的洪水来源、基本组成 ,年内分配以及区间内不同区段洪水的遭遇等基本特性。研究河龙区间洪水的基本特性 ,对于提高该区间洪水测验精度和黄河下游的防汛有着重要的意义     

水情信息网络报汛系统的设计与应用

随着国家防汛抗旱指挥系统一期工程投入建成,黄委相继完成水情信息采集系统、计算机网络系统的建设,建成了包括黄委水文局、延安、济南等10个水情分中心。为了进一步提高水情报汛质量,加快信息处理速度,设计基于浏览器/服务器的模式,构建开放、安全、高效的水情信息网络报汛系统,该系统通过Web模式实现了测站报文的实时、准确地拍报至国家防总,提高测站的工作效率,降低报汛人员的工作强度,推动黄河水情拍报质量的整体提高。     

精细化二维水动力模型在防洪评价中的应用——以滹沱河部分河段为例

为克服在防洪评价工作中常遇到复杂河道地形或者一些特殊的阻水构筑物,一维模型或常规的二维模型应用容易受到限制的问题,以滹沱河部分河段为例将基于非结构网格的具有良好激波捕捉能力的Godunov格式用于防洪评价。该河段中存在着大量的挖沙坑、桥墩、十多处丁坝,局部流态复杂。为充分考虑这些影响,建立了基于高分辨率地形的精细化二维Godunov水动力模型,并对该河段50年一遇的设计洪水进行了数值模拟。结果表明,新建模型能够很好地模拟复杂研究区域的水流状态,与商业软件的计算结果也比较接近。通过与原有该河段一维计算结果比较发现,项目区位置处水面高程降低了2.95 m,分析认为主要原因是河道地形变化所致,另一原因是新建模型能够提供更合理的计算结果。该研究案例表明基于Godunov格式的精细化二维水动力模型可成功用于复杂河道防洪评价,能够为同类型的防洪评价工作提供参考。     

阳澄淀泖区动态洪水风险图的编制及其管理系统的开发

基于大量的实测和调研资料,建立了能反映阳澄淀泖区现状河网、圩区分布及水工建筑物调度的水动力模型,经率定和验证后能够用于该区域的洪水模拟。基于Web技术、GIS技术和数据库技术,研发了嵌套水动力模型的动态洪水风险图管理系统。针对任意降雨、边界条件、水工建筑物参数及调度参数,系统能快速调用模型进行模拟计算并生成动态洪水风险图。与在线预报数据结合,可实现洪水预报预警,为洪水风险图在防洪减灾、洪水管理、洪水预报等方面提供技术支撑和应用借鉴。     

长江中下游设计洪水分析

长江是一条雨洪河流,流域源远流长,大暴雨洪水时有发生.干流自宜昌出三峡后进入长江中下游平原水网区,河道穿行于广阔的冲积平原,水网交错、湖泊毗连,江湖关系复杂,两岸堤防高筑.遇大洪水时期,堤防的溃决或有意识的分蓄洪,以及江湖对洪水调蓄作用的变迁,致使中下游控制站实测洪水系列具有明显不一致性.在分析长江中下游洪水特性基础上,针对中下游河道行洪特征,采用总入流分析法,分析了中下游主要控制站设计洪水.经合理性分析表明,分析的总入流设计洪水成果可靠,能适应防洪规划的需要.     

Mathematical model for flood routing in Jingjiang River and Dongting Lake network

The main stream of the Yangtze River, Dongting Lake, and the river network in the Jingjiang reach of the Yangtze River constitute a complex water system. This paper develops a one-dimensional (1-D) mathematical model for flood routing in the river network of the Jingjiang River and Dongting Lake using the explicit finite volume method. Based on observed data during the flood periods in 1996 and 1998, the model was calibrated and validated, and the results show that the model is effective and has high accuracy. In addition, the one-dimensional mathematical model for the river network and the horizontal two-dimensional (2-D) mathematical model for the Jingjiang flood diversion area were coupled to simulate the flood process in the Jingjiang River, Dongting Lake, and the Jingjiang flood diversion area. The calculated results of the coupled model are consistent with the practical processes. Meanwhile, the results show that the flood diversion has significant effects on the decrease of the peak water level at the Shashi and Chenjiawan hydrological stations near the flood diversion gates, and the effect is more obvious in the downstream than in the upstream.