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。     

西辽河右岸(吉)防洪保护区洪水风险图建模研究

文中洪水分析采用MIKE ZERO系列洪水模拟软件。其中:采用一维非恒定流模型模拟河道洪水演进过程;采用美国国家气象局DAMBRK方法计算溃堤洪水;采用二维非恒定流模型模拟淹没区的洪水演进过程。将河道一维非恒定流模型、溃堤模型和淹没区二维非恒定流模型相互耦合、联立求解,以模拟堤防溃决对防洪保护区的影响。经验证,模拟结果与调查资料基本符合。     

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。     

溃堤洪水的二维水动力模型及其应用

为了减少堤防溃决造成重大的生命财产损失,加强防洪减灾非工程措施建设,建立了溃堤洪水的二维水动力模型,对溃堤洪水的精细化仿真模拟。该模型考虑了溃堤口门展宽变化,局部网格加密处理,并采用干湿水深理论与热启动技术对模型进行优化。将该模型应用于黄河内蒙段南岸灌区的溃堤洪水演进模拟,利用2008年杭锦旗奎素段实际溃堤数据对所建模型进行验证,结果表明:流场分布均匀且光滑,计算结果合理可靠,模型具有较高的计算精度及可靠性。采用该模型模拟了沙圪堵工程与奎素段堤防同时溃决的情形,并绘制了洪水风险图,为该地区防洪风险管理决策提供了重要的技术支持。     

外洪溃堤一、二维耦合模型与内涝模型叠加在防洪保护区内的应用探讨

针对防洪保护区河道洪水的漫滩、溃堤及其与内涝叠加耦合预测的难题,以模拟溃堤洪水遭遇区域内涝情况下洪水演进过程为目标,采用基于非结构网格的Roe格式离散控制方程,利用Mike-flood提供的标准连接、侧向连接实现一维与二维模型间的耦联,将溃口口门概化为宽顶堰并添加控制策略实现堤防溃决模拟。采用二维水动力模型耦合降雨径流关系计算净雨过程,建立与区域内涝模型叠加联用的一、二维水动力耦合模型。以中运河南片防洪保护区内洪水演进为例进行分析,结果表明:中运河右堤胡家险工溃决后,洪水向下游演进至房亭河与中运河交汇处的运西洼地内,最大淹没水深位于房亭河与中运河交汇处。模型能够较合理的反映区域内涝分布、地形及主要道路和涵洞对洪水演进的影响,可为区域内防洪抢险工作提供可靠依据。     

多源洪水耦合模型在防洪保护区洪水分析中的应用

针对防洪保护区单一洪水风险分析的不足,以一、二维非恒定流基本控制方程为理论基础,采用有限体积法对网格进行离散求解,建立溃堤洪水和暴雨多源洪水耦合的数学模型。在一、二维模型的链接处选用堰流公式实现河槽与保护区水流的实时交互,借助干湿水深理论对模型进行优化,利用遥感影像解译处理保护区内复杂地形条件下糙率对洪水演进的影响,概化处理区域内道路和过水涵洞对洪水的阻水或导水作用,并利用历史实测洪水资料进行模型验证。将验证后的模型应用于淮河干流凤台段防洪保护区多源洪水运动耦合模拟,分析了单一洪水与多源洪水对防洪保护区的损失比较结果,说明该区域受暴雨内涝影响较为严重。     

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。     

基于InfoWorks RS的蒋巷联圩防洪保护区洪水演算

为结合分析一维河模型和二维洪泛区模型,利用InfoWorks RS对蒋巷联圩防洪保护区洪水演进过程进行二维模拟,分别选取2010年和1998年外洲水文站实测资料对一维河道模型进行了率定和验证,结果较为合理;选取赣江50 a一遇设计洪水同时鄱阳湖遭遇湖口22.5 m(吴淞高程)恒定洪水位的边界条件,分析了最不利工况下区内的溃口溃决过程、洪水演进过程及淹没水深等要素,计算结果较好地反映了区内溃堤后的洪水演进情况。研究成果可为江西省防洪减灾提供决策支持。     

基于数字流域系统的漳卫河系洪水演进模型建立

以海河流域漳卫河系为研究对象,采用数字流域系统应用开发软件水动力学模型对洪水演进过程进行了零维、一维、二维耦合模拟计算,模拟了漳卫河系发生50年一遇洪水时主要河道以及蓄滞洪区分洪后各控制断面(点)洪水演进情况,输出洪水要素、河道水面线、控制站水位(流量)过程、蓄滞洪区控制点水位、蓄滞洪区最大入流、出流等结果,为漳卫河系防洪调度提供技术支撑。     

水工数值模型在河道洪水验算中的应用

文中利用DHI开发的MIKE11、MIKE21软件分别建立现状堤防条件下的一、二维洪水演进模型。由于河道存在着一维特性,通过对河道内洪水演进进行一维数值模拟,二维数值模拟耦合,取得了较好的效果。在对河道一维洪水数值模拟中,可以看出,一维模型建模简单,可以随时根据河道断面更新数据对模型进行修改,同时模拟时间较短,可以为河道整治,防洪规划提供科学依据。二维数值模拟所需资料多,精度高,可以校核一维洪水数值模拟结果的准确性。     

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。     

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。     

西三洼洪水演进数值模拟及洪水风险分析

为模拟西三洼蓄滞洪区洪水演进,对其洪水风险进行分析,以一、二维非恒定流控制方程为基本理论,采用有限体积法,结合西三洼地形资料及大清河流域水文资料,建立一、二维耦合的洪水演进数学模型。采用63·8洪水实测资料对模型进行验证,结果基本吻合。对不同工况及重现期下的设计洪水进行洪水演进模拟计算并绘制洪水风险图。研究表明:该模型可模拟西三洼蓄滞洪区各分洪口门开扒时间、各时刻淹没面积、淹没水深及滞洪量等水情信息及其变化过程;规划情况(增加安全区)的滞洪总量大于现状情况滞洪总量;发生百年一遇洪水时,西三洼蓄滞洪区77%地区都遭受洪水侵害,其中57%区域为危险区,11%区域为重灾区,5%区域为中灾区。研究成果可为防汛部门制定科学合理的防洪减灾规划提供参考依据。     

考虑下渗的河道与蓄滞洪区洪水演进过程模拟

基于霍顿(Horton)下渗和有限体积法,建立了考虑动态下渗的一二维耦合水动力学模型,并选择海河流域漳卫河系与大名泛区联合防洪体系作为典型应用区域,利用典型场次洪水对河道模型进行了率定和验证,同时探讨了下渗对于河道行洪、蓄滞洪区分洪以及洪水演进过程的影响。结果表明:考虑动态下渗的河道模型具有较高模拟精度,3场典型洪水洪峰误差都在10%以内;河道下渗会明显推迟蓄滞洪区的启用时间,并减小分洪流量和洪水总量;蓄滞洪区下渗对分洪过程影响较小,但会加快蓄滞洪区的退水速度。     

基于MIKE Flood的中小河流溃堤洪水演进数值模拟

针对水文资料缺乏的中小河流,以贵溪市罗塘河下游段为例,应用MIKE软件对河流溃堤洪水演进进行了研究。采用瞬时单位线法推求断面各频率的设计洪水,并将其作为洪水演进模型的输入;利用MIKE软件建立了贵溪市罗塘河下游段的一、二维耦合水动力模型,对该河下游段溃堤洪水演进过程进行了模拟;通过模拟分析,得到了溃口流量过程和堤防保护区洪水淹没过程。研究成果可为中小河流洪水风险分析和灾害损失评估提供技术支撑。     

DEM分辨率对山洪淹没模拟影响

DEM是表征地形状况的重要指标,在山洪淹没模拟中起着重要作用。以2016年7月19日发生在河北省石家庄市井陉县西部山区的特大暴雨山洪事件为研究对象,利用HEC-HMS水文模型和FLO-2D水动力模型,设置5种DEM分辨率方案(30、20、15、10、5 m),从淹没范围和淹没水深两方面分析了DEM分辨率对山洪淹没模拟的影响,并从模型运行时间角度对其运行效率进行了评估。研究表明:DEM分辨率越高,则淹没范围越小,平均淹没水深越大,即模型模拟精度越高,山洪事件的淹没范围及水深越接近于实际调查情况(DEM分辨率为30和5 m时,淹没范围及淹没深度的模拟精度分别为0.56和0.41、0.76和0.79);随着DEM分辨率的提高,尤其从10 m提高至5 m时,模拟结果差异减少,模拟精度的增幅也减小,淹没范围和水深的精度增幅分别为2.70%和3.94%;DEM分辨率越高,则模型运行时间越长,模型运行效率越低,5 m DEM方案下的运行时间为30 m DEM方案的700倍。综合考虑模拟精度及模拟时间,10 m分辨率的DEM对山洪淹没模拟、风险评估及预警预报等更为适用。