一维河网非恒定流数值计算研究及其应用

一维河网非恒定流数值计算是水利和航运部门一项重要的工作,在河道工程设计、防洪工程规划等方面均有重要的实际应用价值。目前提出的方程解法有基于双向扫描法的河网水模拟方法、稳定方程组稀疏矩阵解法以及河网模型三级联合解法等,在上述各种方法中三级联合解法最为流行和成熟。将此计算方法用于城市河网的数值计算,对城市的防洪建设以及闸、堰的调度具有积极的指导作用。     

考虑橡胶坝影响的水动力学模型

为提高含堰坝河段水动力模拟精度,建立考虑橡胶坝复杂调度条件的水动力学模型。基于Preissmann四点隐式差分格式离散方法,构建橡胶坝数值模拟计算流程并进行逻辑判断,采用替代法思想处理含有橡胶坝的河道,求解一维河道水动力学离散方程组。用淠河流域下游六安城区河道橡胶坝的实际洪水过程对模型进行验证,针对近年来淠河流域发生的典型洪水过程,分别对橡胶坝塌坝与不塌坝两种不同工况进行数值模拟。结果表明:考虑橡胶坝塌坝模拟的计算结果可以较好地拟合淠河流域的实测数据,模型可以有效模拟橡胶坝调度影响下的洪水演进过程,提高洪水期间的模拟精度。     

漫滩河道洪水演算的水动力学模型

利用积分方法导得了漫滩河道全断面水流的积分方程组，应用四点加权隐格式离散方程，建立了漫滩河道洪水演算的一维水动力学模型．该模型考虑了各流道（如滩地、主河槽等）的不同阻力特征，反映了主槽和滩地水流流动路径的差异．用该模型计算了露滩、漫滩和露、漫滩交替的3种水流运动，并与二维RBFVM-2D模型的计算结果进行了比较．以长江宜昌～螺山江段1998年实际洪水过程为例，测试了模型的应用效果．计算结果均表明，本文的一维水动力学模型能较好地模拟漫滩河道的过流特征，并改善了漫滩河道洪水演进的模拟与预测能力．     

基于二维网格边元设置河道方法的蓄滞洪区洪水演进分析

大型蓄滞洪区洪水数值模拟往往涉及众多中小河道,需要构建一二维耦合水动力学模型。针对传统一二维耦合方式建模及计算效率低的问题,本文基于二维网格边元设置河道的方法构建了一二维耦合模型;并选择海河流域大陆泽、宁晋泊蓄滞洪区为典型应用区域,对该方法进行了应用检验;同时根据构建好的模型分析了下渗对于蓄滞洪区洪水演进的影响。研究结果表明下渗会显著减小蓄滞洪区洪峰水位,缩短淹没时间,在蓄滞洪区实际调度使用中应该考虑下渗的影响;模型的成功应用表明基于边元设置河道的耦合方式可以有效地计算蓄滞洪区中小河道与地面水流的交互过程,模型具有较好的应用推广价值。     

淮河中游行蓄洪区洪水调度水动力学模型研究

科学调度运用行蓄洪区是目前减轻淮河中游洪灾损失的有效途径之一。建立洪水模型模拟洪水演进能为调度提供决策支持。为此，本文针对淮河中游行蓄洪区构成的复杂河网水系。采用水动力学方法。建立了具有行蓄洪区的河网模型。模型对行蓄洪区进行适当的概化，采用窄缝法和冻结法相结合模拟干河床洪水演进问题，并采用汉点分组解法求解。应用该模型。模拟淮河中游王家坝至蚌埠段91年洪水演进情况。结果表明模型能较好的模拟具有行蓄洪区河网的洪水演进，信息量大。计算精度高。能满足洪水调度的需要。     

多闸门联合调度的平面二维数学模型

多闸门联合调度是在实际河道、水渠中经常采用的一种控制水量或水位的运行方式,对此进行数值模拟也成为人们关心的问题之一.本文利用闸孔出流公式耦合水流运动平面二维ADI算法,建立了多闸门联合调度的平面二维数学模型.模型被应用到北京市卢沟桥分洪枢纽多闸门联合调度控制洪水的研究之中,并提出了洪水过程中洪峰流量小于2500 m3/s的调度方案,对海河水利委员会批准的调度方案进行了完善和补充,表明该模型可以应用到工程实际之中.     

溃坝及洪水演算模型的开发与应用

平原河流两岸人烟稠密，大坝溃决或暴雨洪水危害是十分大的。美国的溃坝及洪水演算数学模型，在西方一些平原河流洪水预警系统中应用广泛。该模型可以较好地模拟各种类型的大坝在各种情况下溃决的全过程，可以采用多种方法推求溃决洪水过程线。该模型在采用不稳定流法模拟各种洪水在河道中，特别是有宽阔河滩地的平原河道中的传播方面，有突出的优点。另外，该模型采用多个大坝实际溃决资料及多场实测洪水资料验证，其计算结果是可靠的。国内采用其进行大坝溃决洪水计算，冰川湖溃决洪水计算以及不稳定流计算，均取得较好成果。因此，在平原河道上建设包括该模型的水情自动测报系统，其社会效益和经济效益将是十分显著的。     

二维溃坝洪水波演进的数值模拟

采用基于MacCormack预测-校正技术的隐式数值格式求解控制水流运动的二维浅水方程，建立了模拟大坝瞬间全溃或局部溃倒所致的洪水演进过程数学模型．应用该模型对矩形明渠中缓、急流过渡的水面曲线进行了数值计算，并与理论解进行了比较。最后用该模型预测了矩形河道中大坝瞬间局部溃倒时下游有多个障碍物的洪水演进过程，算例说明该数学模型对模拟溃坝洪水波很有效。     

高强度人类活动作用下考虑河道下渗的河网洪水模拟

模拟河道洪水运动的现有圣维南方程组,因没有考虑河道下渗行为,难以满足地下水位持续偏低、河道长期干涸等受人类活动高强度作用地区的洪水模拟需要。论文推导了考虑河道下渗的圣维南方程组,采用Preissmann四点隐式差分和模块化建模技术,耦合河道汊点、闸坝群联合调度、蓄滞洪区吞吐洪水等计算模块,并遴选霍顿下渗公式为河道下渗模拟方法,构建了考虑河道下渗的河网洪水模拟模型。将该模型应用于海河流域漳卫河水系,采用1982、1988和1996年3场实测洪水对模型进行率定和验证;根据不同年代河道断面、设计洪水和岳城水库的不同调度方式,设计了8种情景进行模拟,得出如下结论:综合考虑河道下渗与设计洪水变化,50年一遇设计洪水恩县洼可以不启用,河道行洪最高水位下降0.03~0.20 m,这对流域洪水出路的科学安排与防洪格局调整具有重要指导意义。     

闽江下游河道洪水运动的数值模拟

闽江下游河道大部分是感湖河道,本文根据圣维南方程,应用 Preismann 隐式差分,以子结构方法建立了闽江下游河道洪水演算的不恒定流模型,应用实测资料进行了验证计算。最后对闽江下游河道洪水进行了数值模拟。     

黄河流域(片)防洪规划项目综述

新中国成立以来，黄河流域（片）防洪减灾取得了举世瞩目的巨大成就，但黄河是一条流域自然条件复杂，河情特殊的河流，其洪水威胁依然是我国的心腹之患，西北内陆河防洪设施还很薄弱，为指导黄河流域（片）防洪基础设施建设，提高防御洪水的能力，根据水利部“关于组织开展防洪规划编制工作的通知”和《全国防洪规划任务书》的有关要求，黄河水利委员会组织开展了黄河流域（片）防洪规划编制工作。该项目是水利部下达的重大前期工作项目，是人民治黄以来首次开展的全流域及西北内陆河防洪规划，是全国防洪规划的重要组成部分。规划范围包括黄河干支流和西北内陆河重点防洪河段、16座重要城市和116座大中型病险库。主要规划目标是：至2020年，初步建成黄河下游防洪减淤工程体系，其他防洪河段的河防工程达到国家规定的防洪设计标准。与以往规划相比，本次防洪规划涉及范围广，内容丰富，反映了新时期的治水思路，体现了水利部部关于“新资料、新思路、新技术、新方法”的要求。     

湖北省荆南四河堤防加固工程设计总结

湖北省荆南四河(松滋河、虎渡河、藕池河、调弦河)是长江洪水分入洞庭湖区的重要行洪通道,上受长江洪水的压力,下受洞庭湖区水位顶托,洪涝灾害多发。为确保荆南四河周边人民生命财产安全,"98"大水后开始全面加固,包括堤身加高培厚、堤身隐患处理、护坡护岸、堤基渗流控制、穿堤建筑物加固等工程措施,重点介绍了拼装式防洪墙、生态护坡等一些新技术新工艺。工程实践表明,加固后的堤防近年险情明显减少,全面提升了荆南四河堤防防洪能力。     

河道生态化整治研究

以新洲河综合整治工程为背景对河道生态化整治进行研究。对新洲河防洪工程、水质、河道景观等基本现状进行评价,提出了以生态治理为指导思想的河道综合治理思路,并具体介绍了防洪、护岸改造、污染治理、再生水回用、景观绿化综合治理措施。对新洲河河道进行生态化综合治理,使新洲河河道整治工程建设既满足了防洪的要求又实现了良好的生态景观效果。     

北京城市副中心防洪风险研究

北京城市副中心规划防洪标准为100a一遇,其流域上游规划2座中型水库、50余处蓄滞洪区尚未建成,副中心周边防洪工程距离规划标准差距较大,导致副中心防洪安全难以保障。针对副中心来自上游的外来洪水压力大、区内防洪工程不达标等问题,采用一维、二维数学模型,分别对区域洪水风险、穿越副中心的北运河漫溢造成的淹没风险,以及副中心周边三条干流河道堤防不达标造成的防洪风险进行模拟计算和具体分析。结果表明:流域上游洪水不经有效拦蓄下泄后,将导致北运河干流100a一遇洪峰流量增加33%;同时,副中心周边三条河道均存在堤防安全风险。其中北运河发生100a一遇洪水时,即使区内宋庄蓄滞洪区建成启用,仍将有2 590万m~3洪水从3 km无堤段漫溢,并淹没副中心核心区0.2～2 m深。风险研究结果还表明,一旦近期通州境内宋庄蓄滞洪区、温潮减河分洪道等规划工程建成后,将有效降低城市副中心的部分防洪风险。研究成果对保障副中心防洪安全的规划工程实施安排及防汛抢险安排具有重要指导意义。     

淮河干流分布式水文水动力耦合模型研究

综合传统水文模拟方法及水动力学模拟方法,建立淮河干流的水文水动力数值模型,依据其水流的水动力学要素特点,将淮河流域的不同区域进行分类,并建立了实际流域基本对象与数值模型要素之间的映射关系。在分布式架构下,以节点水位为基本变量,对全流域水流进行耦合隐式求解。利用数字流域系统构建了淮河干流淮滨至老子山段的洪水演进的数学模型并对模型进行了参数率定及验证分析。结果表明,该模型稳定、可靠,能应用于今后淮河流域的洪水预报、水资源调度、工程管理等工作。     

Impacts of climatic variability on northward flowing rivers in North America,using a paired basin approach

Northward flowing rivers are the most vulnerable system to a general early warming trend in terms of flood risk. In a changing climate, how well we understand the variability of precipitation and streamflow and the correspondence between them determines the appropriateness and efficiency of river engineering activities, flood control structures, and water resource management policies. Using both time and frequency domain approaches, this study investigated variations and periodicities in precipitation and discharge of two neighboring northward flowing river basins, the Red River of the North (referred to hereafter as the Red River) basin and the Little Missouri River basin in North America. Additionally, this study also characterized whether the most dominant quasiperiodic climate variation El Niño Southern Oscillation (ENSO) affected regional precipitation and streamflow. Results indicated that the southern and central Red River basin experienced significant increases in precipitation and discharge, particularly in cold season, while the Little Missouri River basin had no statistically significant change in precipitation or discharge. The global atmospheric oscillation ENSO had little effects on the regional precipitation and streamflow increases in the Red River basin. Furthermore, strong spectral coherences and prominent annual/semi‐annual periodicities in precipitation and discharge were revealed, confirming how precipitation determines frequency peaks and primary oscillation cycles of discharges in both basins. By removing broad‐scale climatic driver, this study indicated that some local forcing is most likely responsible for the excessive water abundances in the Red River basin, among which agriculture land usages stand out to be the most promising driver.     

面积比法计算设面积指数计断面洪水中的确定

南水北调中线工程河北段460多km，共与大小河沟200多条相交，有不少河沟交叉断面设计洪水需要采用面积比法计算．为此，对海河流域部分河流实测降雨洪水资料做了分析，得出了不同时段洪量的面积指数范围，为南水北调中线工程设计提供了依据．     

伊洛河洪水对黄河防洪的影响

介绍了伊洛河洪水的特性及危害,指出了存在的伊洛河上中游控制性工程能力不足、对黄河下游造成的防洪压力大等问题,分析了伊洛河各级洪水对黄河干流的顶托情况、对黄河干流入汇口河势的影响以及对黄河干流河道的影响,提出了相关对策及建议:①尽快编制并提请审批《伊洛河中下游防洪规划》,对伊洛河中下游进行全面治理;②在伊洛河上中游干流或支流上修建水库拦蓄洪水;③尽快明确伊洛河堤防优先加固的堤段及标准;④进一步建立和完善伊洛河流域洪水预警预报系统,完善防洪非工程措施;⑤对入黄口利用透水桩坝进行整治,在入黄口设置观测断面;⑥明确伊洛河干流发生大洪水时橡胶坝的塌坝运用原则;⑦由流域机构统一管理伊洛河防洪建设与治理工作;⑧继续开展相关专题研究。     

提高罗定江流域中小河流防洪减灾能力的对策

罗定江流域是受洪水威胁较为严重的区域之一,由于得不到有效的综合治理,洪涝灾害频繁发生,严重制约着当地经济社会的持续发展。通过对罗定江流域洪涝灾害的成因分析,提出了“蓄洪、排洪、挡洪、避洪”工程措施和非工程措施等提高中小河流防洪减灾能力的对策。     

大沽河河道整治方案的准三维数值模拟优化

大沽河口在河流长期水沙动力作用下,形成当前特有的河道形态。然而近年来大沽河口下游河道逐渐从河流主导型演变为潮汐主导型,河道形态已不再适应当前水沙动力条件。提出适用于当前水沙动力条件的新方案,并基于所建立的准三维河流动力模型,进一步对河道整治所涉及的不同闸坝位置、堤防形态、橡胶坝宽度、码头断面形态进行模拟,得出最优的河道整治方案。研究结果表明,当河口水沙动力条件变化较大时,可以通过设计适应于新水沙动力条件的全新河道形态,利用准三维模型进行优化,解决河道长期淤积和防洪问题。