基于MIKE11的平原河道水面线分析计算

以平原河道东鱼河为例,采用MIKE11一维水动力模型计算水面线。分别对中游河段、下游河段验证站各选择两场洪水进行模型验证,拟定滩地、河槽分区糙率,设置河段上游流量边界、下游水位边界。结果表明,在洪水大流量、高水位阶段,场次洪水的模拟水位与实测水位整体吻合较好,模型具有较好的适应性。在既定水文水力条件下,推求20年一遇标准洪水设计水面线,分析了流量~水位及水位~过水面积关系,相关成果可为河道洪水调度提供决策参考。     

城市洪涝仿真模型的改进与应用

已有的城市洪涝仿真模型以一、二维非恒定流水力学模型为基础,采用无结构不规则网格建模技术,在网格形心或特殊型节点处计算水位,在网格周边通道上计算单宽流量,对城市洪涝过程进行模拟。针对该模型对河道型计算单元的断面仅按矩形概化的缺点,对河道型网格水位及特殊型河道通道流量的算法进行了改进,即将原模型中的河道断面相关参数作为变量处理,使模型能反映不同类型河道断面的水位流量变化,提高对河道洪水过程的模拟精度。同时,改进后的算法更有利于模型根据城市河道的实际治理状况进行及时更新和扩展。将改进后的模型应用于济南市,其计算结果与实测资料对比表明,该模型能更合理地模拟济南市城区低洼地积水、街道行洪、铁路立交积水和河道洪水过程,计算可为济南市城区防汛预警决策提供参考信息。     

二维溃坝洪水演进数值模拟

以西藏藏木水电站为例,采用Mike21c软件进行溃坝洪水模拟,计算出溃坝坝址处水位流量过程线以及下游洪水演进过程中各断面的流量、水位、流速、洪峰到达时间等,为评估河道下游两岸的受灾程度做基础,为相关部门制定防灾减灾预案提供依据。     

影响寸滩水位流量关系的水力因素探讨

寸滩水文站水位流量关系变化不仅影响重庆附近防洪形势,亦关系到三峡水库入库洪峰和水量计算的准确性。重点分析了洪水峰型、洪水形态、河道断面变化及三峡水库坝前水位等影响因素,选取长江上游多场历史典型洪水,基于实况比较及数值模拟手段,量化分析了不同水力因素影响下寸滩水文站水位流量关系的变化规律,为保障重庆市主城区和长江流域的防洪安全提供了技术支撑。     

基于Vega Prime的流场三维动态可视化研究

基于数学模型的洪水演进计算输出结果通常表达为数值表示的水位流速场,为了探寻洪水演进的规律,借助可视化的手段将数据进行了基于图像图形的直观表达;同时以虚拟现实平台软件Vega Prime为基础,分析了实现流场动态可视化的技术框架、实现方法,并通过实例对该方法进行了验证。结果表明,该方法能较好地实现流场的可视化表现,可用于超大流量天然河道洪水演进模拟。     

黄河下游"04·8"洪水输沙特性与冲淤分析

对黄河下游“04.8”洪水的输沙特性与冲淤情况进行了分析,并与2004年各场洪水的水位流量和平均河底高程的变化情况进行了对比,结果表明:①“04.8”洪水进入下游的沙量为1.4亿t,它在黄河下游河道的总淤积量在0.06亿~0.14亿t之间,河道排沙比达91%~96%,河道输沙能力很强,对黄河下游河道淤积的影响很小;②比较“04.8”洪水和2004年前几场洪水的同流量水位,除了孙口站的同流量水位和2004年调水调沙时的第一场洪水相近外,其他水文站的同流量水位均显著低于前几次洪水的同流量水位,说明“04.8”洪水对黄河下游河道的过流能力没有产生不利影响;③“04.8”洪水沙峰附近同流量水位表现低的原因,主要是高含沙洪水期间河槽发生了剧烈冲刷;④在平均流量2 000m3/s左右,黄河下游河道对小浪底水库异重流排沙具有很高的输沙能力。     

基于MIKE11的梯级水库群溃决模拟研究

为了对比单个水库大坝溃决时的洪水演进,本文基于MIKE11模拟了3个梯级水库发生溃决的洪水演进情况,设置了3种工况:只溃第1梯级,第2、3梯级漫顶不溃;第1、2梯级同时溃,第3梯级漫顶不溃;第1、2、3梯级同时溃。得到了梯级水库不同溃决方式和过程下的河道流量与水位变化、溃口流量与水位变化,以及洪水演进流量与水位变化,再对比4种计算溃口流量的理论公式。结果表明:在梯级水库中只溃1级的情况下,下游河道的洪峰在一定距离内没有出现衰减,且随着溃坝数的增加,下游河道的洪峰流量也会增加,甚至超过溃口的最大流量,验证了铁道部给出的理论公式更适用于实际大坝溃口流量的理论计算分析。     

耦合渗漏项的季节性河道洪水演进模型研究

针对北方干旱或半干旱区季节性河道渗漏现象严重问题,为提高流域洪水演进模拟精度,在传统水动力学洪水演进模型基础上耦合河道渗漏项,构建季节性河流洪水演进数学模型。采用霍顿入渗模型描述季节性河道渗漏过程,解决河道渗漏量计算及与基于圣维南方程组洪水演进模型耦合问题;并利用Preissmann四点偏心隐格式与追赶法对模型离散和计算,开发FORTRAN计算程序;最后以大沽河流域实测资料进行验证。结果表明,沙湾庄和南村断面水位与流量过程的模拟值与实测值吻合且变化趋势一致,洪水峰面到达断面模拟时间和实际时间基本一致,研究区各河段来水量、渗漏量的实测值与模拟值相对误差范围分别为-1.66%~0.36%、-3.09%~3.72%,所建模型可满足在现状条件下进行洪水模拟预报的需要。     

洪泛区河道行洪能力数值模拟研究

由于我国的防洪措施不完善,人口密度相对较大,洪水发生时会造成严重的损失。如何合理的对河道进行设计,计算河道的洪水水位,预测洪水的演进路线和破坏力,对抗洪抢险有着重要意义。随着数值模拟在水利工程中的应用,对水力特性研究和洪水演进提供了较好的模拟数据。以公路桥到水利枢纽间的44km河道为研究对象,首先建立了浅水运动控制方程,并对该方程进行离散化。随后采用MIKE11HD和HEC-RAS两种差分格式对洪泛区河道行洪能力进行数值模拟,分析了两种软件计算水位情况。研究表明:由于两种软件的水力半径不同,HEC-RAS软件的计算水位较高。     

三峡水库泄水波与沙市站水位流量响应关系研究

三峡水库投入运行后,其下游特别是荆江河段水沙特性发生了明显改变。长期以来,众多研究者在不同阶段对三峡水库运用后下游河段行洪能力的变化进行了大量研究,但得出的结论和认识不尽相同。沙市站水位流量关系是确定荆江河道行洪能力的主要依据,对于三峡水库实施荆江补偿调度也至关重要。采用数值模拟方法,分析了受河道变化及洪水特性改变双重影响下沙市站水位流量关系的变化规律,同时模拟了沙市洪峰水位与三峡水库不同泄水波的响应关系。结果表明:洪水波的波型变化对沙市水位流量关系产生影响,多数情况下,同流量下断波洪水的洪峰水位略高于天然洪水;沙市河段行洪能力基本未发生变化;不同类型洪水波向下游传播时,其坦化作用各有差异。     

蓄滞洪区设立对汾河下游防洪的影响

通过对汾河下游洪水特性和流域防洪状况的分析,针对汾河下游的河道特点、流域防洪状况,基于水流的连续方程和运动方程,建立了河道一维洪水演进模型,并合理规划蓄滞洪区。利用建立的模型对汾河新绛县南梁桥—河津水文站河段进行了数值模拟。结果表明:模型计算流量与实测流量吻合较好;通过设定的蓄滞洪区分洪后,水位降幅明显,可减轻流域内防洪重点地区新绛、稷山、河津的防洪压力。     

长距离溃堰洪水演进二维数值模拟

建立了用于模拟溃堰洪水演进的平面二维水流数学模型。采用非规则四边形网格划分计算区域，用有限体积法求解水深积分方程，显式MacCormack预测—校正格式步进计算，采用基于界面属性与单元属性的动边界技术处理干湿变动网格。模拟了唐家山堰塞坝溃堰过程及溃堰洪水在长约70 km河道中的演进过程，给出了各溃堰方案下溃口及沿程测站的水位流量过程，以及沿程最大洪峰流量，模拟结果充分反映了河道平面形态变化、漫滩及槽蓄对洪水演进的影响，为堰塞坝溃坝预案的制定提供了科学依据。     

胖头泡蓄滞洪区老龙口分洪闸泄洪能力分析

胖头泡蓄滞洪区位于哈尔滨市上游嫩江干流、松花江干流及第二松花江交汇处,可减轻三江洪水对哈尔滨市的防洪压力。采用数学模型计算和实体模型试验相结合的方法研究老龙口分洪闸的泄流能力及其影响因素,数学模型主要用于分析嫩江干流河道的冲淤演变及水位变化,同时为实体模型提供上下游边界条件;实体模型用于研究不同方案下分洪闸的过流能力。结果表明,老龙口分洪闸的泄流能力主要取决于嫩江干流水位和分洪通道的水位,而且对二者水位差的变化非常敏感。分洪闸过流能力的影响因素主要包括嫩江干流河道冲淤变化、分洪流量、洪水类型及行洪流路走向等。嫩江干流河道冲淤变化幅度很小,对干流水位基本不产生影响;分洪流量对嫩江干流水位影响比较明显,最大分洪流量时水位降幅达0.70 m。嫩江干流与第二松花江共发型洪水分洪对蓄滞洪区水位的减小幅度大于嫩江干流型洪水;蓄滞洪区内地形地貌复杂,不同分洪通道对分洪闸闸下水位影响显著,是泄洪闸过流能力的关键影响因素。因此,在蓄滞洪区内设置能快速分散蓄滞洪水的分洪通道非常必要。     

对处于汇流口的连江口站的起算水位及起算流量的处理和探讨

在河道水面线的计算中，影响水面线成果质量的问题有计算参数（如糙率，局部阻力系数）的选择及频率流量，起算水位等的确定，特别是处于汇流口的起点，因为它所处的位置，洪水组合都比较复杂，确定计算河段的起算水位及起征流量很关键。通过分析连江口洪水组合情况，对起算水位和起算流量作了定量计算。     

滑坡堰塞湖溃坝波影响因素分析

滑坡堰塞湖坝体随着上游水位的不断上升极易失稳。基于流体计算软件Fluent,对水体在重力作用下的塌落及演进过程进行数值模拟,分析溃坝洪水在下游河道传播过程中的影响因素,结果表明:上下游水深比、下游河道坡降及弯曲程度均对溃坝洪水的推进速度、波形及流量产生影响。水深比比较小时,下游洪水推进较快;下游河道坡降越大,洪水推进速度越快,流量越大;下游河道弯曲度≥0.25时,溃坝洪水受影响比较明显,波前传播速度减缓,能量耗散增大。     

大青河站设计洪水计算及防洪分析

本文利用大青河站实测水位、流量资料推算大青河站设计洪水成果,根据河道实测断面和水文站设计洪峰流量相应水位,分析计算防洪设计洪水及成果合理性论证,为相应工程设计提供可靠依据。     

断波在朱沱—三峡坝址库区河段传播规律分析

水库群建成运行改变了河道天然洪水传播特性,主要表现在洪水传播时间明显变化。通过建立朱沱—三峡坝址库区河段水动力学模型,模拟分析了不同坝前水位、不同断波流量,以及不同最大流量持续时间条件下的洪水波传播特性,揭示了各因素对断波在该河段传播的影响规律。研究表明:影响断波在河道中传播过程的因素较为复杂,断波流量、最大流量持续时间和坝前水位均会对其传播造成一定程度影响,其中最大流量持续时间对洪水传播时间的影响最小,断波流量其次,坝前水位的影响最大。研究成果可为三峡入库洪水精确预报和三峡水库优化调度提供一定的技术支撑。     

2018年汛期黄河下游河道排洪能力分析

2018年汛期黄河下游来水222亿m~3,小浪底水库排沙4.66亿t,孙口以上河道淤积2.561亿t,其中花园口以上河道淤积1.920亿t,这是小浪底水库运用以来进入下游水量最大、水库排沙最多、下游淤积量最大的一年,然而排沙期间淤积最多的花园口以上河段的同流量水位不升反降。采用沙量法和断面法计算分析了汛期冲淤量及冲淤特点、水文站断面的同流量水位变化、7月洪水排沙期间险工水尺的同流量水位变化。结果表明:大量淤积发生在花园口以上河段的汊沟和边滩,洪水过后主槽更加明显,水流集中,流速增大,同流量水位下降;7月洪水之后,黄河下游水文站断面的同流量水位缓慢抬升,但汛后的同流量水位仍低于汛初;2018年汛期,黄河下游河道的排洪能力未明显降低。     

大凌河河道行洪能力复核分析

为了保障大凌河河道的防洪安全,文章开展大凌河河道行洪能力复核分析。根据河道特点和实际情况,采用一维MIKE11河流数学模型,选取控制断面,确定水位、流量等边界条件参数,计算洪水位,并与现状洪水位进行对比。结合堤防超高,各断面警戒水位、警戒流量和保证水位、保证流量等方面,进行了行洪能力复核分析。通过摸清大凌河河道行洪能力,为洪水预警、防汛调度决策提供重要依据。     

确定防洪堤设计水位的方法探讨

应采用各种洪水年型都包得住的水位作为防洪设计水位才是安全的，否则就会出现水位达到了历年最高，可流量还远未达到；或流量达到了设计频率而相应水位达不到设计值；筑堤洪水归槽，水位壅高，防洪水位还要加上壅高值。因此，河道上的防洪水位确定是很复杂的。由年最大水深计算频率求设计水位和由年最大流量频率值求设计水位，但都要采用外包线上限值；为此，提出４ 种计算筑堤后洪水归槽水位壅高的方法。