洪水演进高速模拟系统设计与实现

针对洪水灾害系统动态变化特征,以珠江流域西江浔江段防洪保护区为例,提出了基于CPU-GPU异构平台协同计算的一维-二维耦合水动力并行计算模型;在此基础上,根据防汛工程实际需求设计了洪水演进系统框架及功能架构,并采用C/S体系结构与Web服务交互方式,搭建了防洪保护区洪水演进高速模拟系统,实现了不同水文和溃口条件下洪水淹没在线快速分析及动态展示。实际应用结果表明,该系统计算效率高,展示效果好,运行稳定可靠,交互性强,可为流域防洪减灾决策提供技术支撑,具有较高的实际应用价值。     

考虑复杂河工建筑物的漫堤洪水一、二维水动力耦合模型

针对景观坝和过水路面等河工建筑物严重影响河道排洪泄洪问题,基于MIKE FLOOD平台构建漫堤洪水一、二维水动力耦合模型,模拟分析复杂河工建筑物壅水与漫溢洪水淹没演进过程。采用Abbott六点隐式格式和显式有限体积法分别离散求解一、二维水流运动方程,利用干湿水深理论优化模型运算效率,将河道内过水路面与景观坝作为宽顶堰概化处理,同步计算桥涵淹没出流。将模型应用于宁夏茹河(店洼水库至小河河口)河道跨河工程阻水效果及漫堤洪水的数值模拟。结果表明,模拟结果较真实地反映了河工建筑物对水流的阻碍效应及桥涵动态过流效果。研究成果可为宁夏茹河及其他类似河道的整治工程规划设计及风险评价提供参考。     

基于GIS与水动力模型融合技术的山洪沟溃堤风险分析

为加强洪灾预防与应对措施建设,融合GIS和一、二维水动力数值计算方法,建立了具有实际地形的山洪沟溃堤风险分析精细化仿真模型,并将其应用于宁夏贺兰山东麓小峰沟溃堤洪水演进模拟。采用非结构化网格与内边界处理技术合理优化了复杂边界与线状地物阻挡水效果,精确模拟了小峰沟遭遇100年一遇洪水导洪堤溃决造成的淹没风险,基于GIS分析了洪水演进不同时刻的风险分布特征与影响情况,实现了GIS与水动力数值模型的有机融合。计算结果基本合理可靠,可为该地区沟道治理、风险管理与灾防决策提供参考。     

基于MIKE与GIS的城市洪水风险分析及应用

以开封市城市洪水风险图为背景,基于GIS、MIKE软件,将城市一维排水河网模型、二维地表产汇流模型和实际地下排水管网模型进行动态耦合,精确模拟开封市暴雨内涝积水过程、淹没演进过程、退水过程和泵站排水过程等。结果表明,模型计算得到的积水点位置、积水深度与现场实测数据基本吻合,说明模型构建方法合理,基本资料和计算参数选用可靠。     

溃堤洪水数值模拟在变电站设计洪水中的应用

基于Abbott六点中心隐式差分格式的河道一维非恒定水流模型和平底宽顶堰堰流公式计算堤防渍口流量过程,构建了根据非结构网格的有限体积法离散的二维水动力模型,并模拟了堤国内洪水过程,计算了变电站站址处溃堤设计水位,采用水量平衡法验证了二维水动力模型的计算结果.实例结果表明,水动力模型可为堤国内变电站的设计提供可靠的技术支持,供借鉴.     

蓄滞洪区洪水模拟研究综述

蓄滞洪区洪水模拟是风险分析与居民防洪避险等非工程措施的重要依据。本文从蓄滞洪区洪水模拟的必要性、水文模型、水力学模型特别是二维水力学洪水演进模型的数值计算方法与几个问题的处理等方面对蓄滞洪区洪水模拟方法进行了述评     

汾河兰村—义棠段洪水演进过程模拟与不同保护目标下生态需水量分析

针对汾河中下游河道特点,基于水流连续方程及运动方程,建立了一维洪水演进模型,利用该水力学模型对汾河兰村—义棠段洪水进行了数值模拟,并结合生态指标,分析了该河段生态需水量。结果表明,流量过程计算值与实测值吻合较好,以河道不断流为生态流量指标,获得汾河河道不断流的生态需水量为5 m3/s,对汾河水库生态调度和河道治理有一定的参考价值。     

溃坝洪水波在天然梯级水库中的传播

将双曲型方程的ＴＶＤ和ＥＮＯ格式推广于一维浅水方程组，构造了一种守恒算法，将其用于天然河溃坝波传播计算，算得结果和解析解符合好，分辨率高，实际天然梯级水库溃坝洪水波传播的数值模拟表明该格式稳定，适应性强。     

永定河泛区洪水演进特性的数值模拟

为了研究洪水在永定河泛区的演进情况,依据水动力学原理建立了河道与泛区衔接计算的洪水演进数学模型,对永定河泛区进行了模型验证和百年一遇洪水过程的模拟计算。结果表明,验证模型的计算值与调查值吻合较好,由此依据该模型模拟结果,参照现行调度方案将泛区划分为6个区域,统计各区域不同水深范围的洪水体积;百年一遇洪水过程模拟结果表明,第350h泛区淹没面积达到最大值,最大水深超过2m,中下游区域内淹没历时长,水深较深,洪水来临时需尽快转移居民。     

基于Web的钱塘江下游洪水实时预报系统研制

针对钱塘江防汛工作的实际需求,基于Web技术和GIS平台构建了钱塘江河口洪水实时预报系统,该系统以一维动床模型为核心,自动获取水雨情实时遥测数据进行洪水实时预报,并提供了根据下泄流量方案计算沿程各站点洪水位、闸口限制水位反算控制电站运行最大下泄流量及方案比较、结果查看等功能.实际运行结果表明,该系统运行稳定、操作方便快...     

基于Infoworks RS的新沭河溃堤洪水风险分析

为分析新沭河沿线堤防的溃堤洪水风险,基于Infoworks RS建立了新沭河片防洪保护区一、二维耦合水动力学模型,依据道路和堤防的实测高程更新地形数据,采用抽稀技术将道路和堤防节点均匀化、优化网格,提高了模型计算精度和效率。通过计算新沭河不同洪水量级和不同溃口位置的多种溃堤洪水方案,得到各类洪水的风险要素,并与空间地理关系进行叠加分析,统计得到不同洪水方案的洪灾损失。结果表明,新沭河溃堤洪水风险与溃口位置和洪水量级直接相关;新沭河中下游溃堤洪水风险明显高于上游;随着洪水量级增大,溃口流量增大,洪水影响程度增大。     

基于蓄满超渗兼容模型的山洪灾害临界雨量探讨

山洪预警是减少山洪灾害损失的重要手段,临界雨量的确定则是山洪预警过程中重要的一环。以裴河流域为例,根据山丘区实际情况,分析流域蓄水容量分配曲线与流域下渗能力分配曲线的关系,建立蓄满超渗产流兼容模型。通过参数率定,确定模型所用参数,模拟出的洪水过程洪峰流量与实际洪水过程洪峰流量误差均在6%以内,利用模型进行山洪预警的准确率为81.25%,与水文比拟法所得预警指标相比,准确度更高。     

汾河中游液压坝群对洪水演进的影响

在中小河流核心区修建液压坝群是实现生态修复的重要措施,由此带来的河道行洪及液压坝群的经济、合理运行问题值得深入研究。基于Delft3d开源软件,建立了汾河核心区(二坝-义堂)水流运动二维数值模型,分别模拟了2(选取了两场洪水)、5、10年三种不同频率洪水,分析了不同运行工况下15座液压坝对洪水演进的影响,重点分析了对流场特性、水位变化的影响。结果表明,该模型可精确模拟液压坝群对洪水演进的影响;边滩坝对水位影响较小;对10、5年一遇洪水,应将15座坝的主槽坝全部塌坝行洪;对于2年一遇洪水,奇数断面的坝应竖起,偶数断面的主槽坝塌坝为比较经济、安全的运行方案。     

基于距离判别分析法的山洪泥石流预报模型研究

山洪泥石流预报是山洪灾害防御中的一项重要措施。为提供一种有效的预报途径,采用距离判别分析法构建了山洪泥石流预报的距离判别分析模型,选用前期实效雨量和当日雨量为判别因子,以实测山洪泥石流资料为学习样本进行训练,建立相应的判别函数对山洪泥石流进行预报。实例结果表明,该模型预测精度高、误报率低,行之有效。     

溃坝洪水模拟中泥沙因素的影响

鉴于在溃坝洪水模拟中较少考虑泥沙因素的影响,采用欧拉模型即双流体模型模拟了溃坝洪水中的悬移质泥沙颗粒,通过对比来流为清水、含悬移质泥沙的水沙流两种情况下壁面剪切力,证实了悬移质泥沙可增强水流剪切作用、加速溃坝过程,并分析了淹没区障碍物对悬移质泥沙的影响,给出了溃口发展过程和下游河道泥沙淤积状况。所有模拟结果均符合实际溃坝规律,可为溃坝洪水精确模拟和灾害性分析提供参考。     

地下储气库建设对洪泽湖蓄滞洪区影响的数值模拟

为评估洪泽湖蓄滞洪区内西气东输地下储气库建设对洪泽湖周边淮阴滞洪区的影响,利用MIKE 21模拟破圩滞洪后的洪水演进过程。模拟选取对工程最不利情况的圩区进洪,在淮阴滞洪区内选取3个区域共计13个特征点,对比分析工程建设前后洪水流势与流态,淹没水深、峰现时间等。结果表明,工程建设对淮阴蓄滞洪区的运用影响甚小。同时与江苏省水利勘测设计研究院对洪泽湖周边蓄滞洪区分级运用的研究成果进行对比,验证了结论的合理性。研究成果为该区域的防洪应用提供了依据。     

基于MIKE模型的叶尔羌河洪水风险要素计算

为评估叶尔羌河流域洪水风险,以叶尔羌河喀群渠首至中游渠首之间的区域为例,构建了集MIKE11、MIKE21、MIKE FLOOD为一体的洪水淹没演算模型,计算了不同量级洪水下的淹没范围、水深、流速等风险要素,并在此基础上编制了研究区的洪水风险图。计算结果表明,叶尔羌河洪水风险较高,5年一遇洪水就能引起叶尔羌河部分河段洪水漫溢,造成淹没损失。编制的洪水风险图可为研究区的防洪减灾、洪水风险控制提供决策参考。     

石佛寺水库历史洪水过程数值模拟与分析

石佛寺水库是辽河干流上唯一的大型防洪控制工程,建立洪水过程数字模型可为水库管理提供科学、便捷的支持。使用MIKE软件建立水库二维非稳态水量模型,在AutoCAD和ArcGIS软件的协助下制作库区DEM,并提取相应地表高程数据制作研究区网格。研究区上游采用流量边界,下游采用水位边界,率定输出出口处的流量变化,并与2010年实测资料进行对比,据此修正了相关参数。模型模拟的20100720和20130816两次历史典型洪水过程与历史资料相符,验证了该模型应用于石佛寺水库的可行性,可为石佛寺水库的管理与洪水预测提供依据。