松滋江堤防洪保护区洪水风险研究(Ⅰ)——模型的建立与验证

长江中下游地处冲积平原,洪水灾害较为频繁,沿江堤防是生命财产和生产设施的第一道屏障。其中荆江河段洪水峰高量大,且两岸支流众多、江湖关系复杂,防洪形势尤为严峻。以上荆江松滋江堤防洪保护区为研究对象,分析了可能产生的堤防溃口;在对复杂的荆江—洞庭湖水系进行概化的基础上,建立一二维耦合数学模型,研究了1 000 a一遇洪水条件下松滋江堤发生溃决后长江干流及防洪保护区内的洪水演进过程,并以最大淹没水深、淹没时间及最大流速为风险要素,分析了保护区内的洪水风险分布情况。文章共分为2篇,此为第一篇,旨在阐述一二维耦合数学模型建立与率定验证过程。     

防洪保护区溃堤洪水模拟分析

为降低堤防溃决造成的重大生命财产损失,基于MIKE软件建立东鱼河南片(苏)防洪保护区一、二维水动力耦合模型,沿复新河堤防设置溃口1和溃口2,模拟复新河遭遇20 a一遇和50 a一遇洪水以及同频率暴雨下单个溃口的溃堤洪水在防洪保护区内的演进。对溃口流量过程、洪水演进图、最大淹没水深图进行分析,结果表明:随着溃堤洪水量级增大,淹没程度提高;同频率来水条件下,位于地势较低处的溃口1产生洪水的风险更大,是防洪的重点。     

抚河尾闾抚东堤防洪保护区洪水风险分析

江西省是洪涝灾害发生较频繁的区域,特别是受上游洪水和鄱阳湖水顶托双重作用的赣抚尾闾河段。分析其洪水风险,对于提高江西省防洪减灾能力、减轻或避免生命财产损失是非常必要和迫切的。以抚东堤防洪保护区为例,利用MIKE软件建立一维、二维耦合模型,分析不同溃口在标准内(20 a一遇)和标准外(50 a一遇)洪水叠加鄱阳湖1954年型设计洪水条件下的洪水演进过程、淹没范围和淹没损失等。研究结果表明,由于抚东堤防洪保护区内地形起伏较大,不同河段的溃口溃决后的风险大小不同,其中上段李家渡水文站下侧溃口发生溃决时,洪水影响最大。研究结果对于类似区域洪水风险分析具有一定的参考价值。     

和县江堤防洪保护区长江干流洪水风险分析

安徽省沿江两岸城镇密集、各类产业园区聚集,一旦长江干流堤防溃破,洪水会迅速淹没沿线低洼地带,将造成巨大损失。论文以和县江堤防洪保护区长江干流堤防溃口风险为例,说明防洪保护区内现状地形及内河堤防对洪水演进的阻隔作用。     

察尔森水库溃坝洪水模拟计算

采用经验公式法对察尔森水库溃坝洪水进行模拟计算,根据大坝可能出现的溃坝风险,模拟了大坝溃决后保护区内洪水的演进过程,模拟的计算结果提供了淹没水深、淹没范围等洪水风险信息,为察尔森水库防洪风险管理提供了依据。     

蓄滞洪区洪水演进模拟及堤防溃决损失评估方法

堤防蓄滞洪区的经济社会发展和人口数量增长与防洪矛盾日益凸显,开展蓄滞洪区洪水灾害风险评估研究具有重要的工程价值,风险评估的关键一步是估算堤防溃决损失。为了准确估算堤防溃决造成的生命、经济、生态环境损失,发展了基于MIKE21 FM模型的洪水演进模拟方法,建立了基于蓄滞洪区洪水演进淹没数据的损失评估方法。以鄱阳湖康山大堤蓄滞洪区为例,模拟获得了历史最高水位下蓄滞洪区洪水演进过程,得到了切合工程实际的淹没数据(淹没面积、水深、流速)。在此基础上,划分了灾区内受灾等级,并将洪水演进与损失计算有机结合估算得到了蓄滞洪区的生命、经济和生态环境损失。研究成果为堤防溃决风险定量评估奠定基础,为蓄滞洪区防汛抢险决策方案的制定提供有效参考依据。     

渭河下游南北岸防洪保护区洪水风险分析

渭河下游河段洪涝灾害易发,分析渭河下游防洪保护区的洪水风险,有助于完善渭河洪水防御体系,开展防汛应急工作和洪水风险管理。以渭河下游防洪保护区为研究对象,基于MIKE软件建立一维、二维耦合模型,采用实测洪水数据验证模型的合理性,进而模拟分析该保护区各溃口在相应类型和频率洪水条件下的洪水演进过程、淹没范围和淹没损失等。研究结果表明,渭河下游河势复杂多变,不同位置溃口溃决后的风险差别较大,同频率洪水下,最大淹没面积、淹没片区最大总损失、最大避险转移等发生在不同的片区。     

MIKE21模型在南新联圩洪水模拟中的应用

为了分析江西省南新联圩防洪保护区在圩提溃决后洪水在区内的演进过程,根据南新联圩防洪保护区周围湖泊、河流及圩区情况,建立了模拟保护区内洪水演进的MIKE21模型。分别采用2010年和2012年实测洪水资料对模型进行率定和验证,结果表明模型具有较高的模拟精度。在赣江50 a一遇洪水叠加湖口22.5 m洪水位(1954年型)的工况下,利用所建立的模型对防洪保护区内的淹没水深、流速和洪水演进过程等进行计算分析,获得了南新联圩防洪保护区发生溃堤后的受灾发展情况。研究成果可为南新联圩防洪预警及时发布、转移财产、逃生避险等提供技术支撑。     

黄河濮阳段防洪保护区洪水风险分析

绘制洪水风险图是实施洪水管理的重要手段之一。以黄河下游防洪形势最为复杂的濮阳河段为研究对象,基于MIKE21FM模型,模拟分析该河段的三处堤防分别出现溃决后溃堤洪水在防洪保护区内的演进过程,绘制三处溃口的最大淹没水深分布图,并通过糙率敏感性分析说明了模拟结果的合理性。相关成果可为防汛指挥部门制定相应的防洪减灾措施提供科技支撑,建模方法也可为模拟该河段的其他溃口提供参考。     

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。     

北山水库洪水风险图编制与应用探讨

1概述 洪水风险图又称洪水危险区图,是反映洪水风险大小的地图。洪灾损失不仅与淹没范围有关,而且与洪水演进路线、到达时间、淹没水深及流速大小等有关,洪水风险图就是对可能发生的洪水的上述过程特征进行预测,标示洪泛区内各处受洪水灾害的危险程度。从国内外经验看,编制水库洪水风险图是一种被广泛采用的防洪非工程措施,     

基于一二维耦合模型的洪水风险区划研究

萍水河湘东段区域受洪水灾害影响较大,历年损失严重。本文使用MIKE FLOOD 构建了萍水河湘东段区域洪水演进一二维耦合模型,结合2019 年实测水位过程和调查洪痕等资料验证了模型合理性。根据研究区设防情况,确定了20年、50 年和100 年一遇3 种设计洪水计算方案,并分别提取了3 种计算方案下的洪水风险特征要素（包括最大淹没水深、最大演进流速和淹没历时等）,使用综合风险度法开展了萍水河湘东段区域洪水风险区划研究。结果表明：萍水河湘东段区域洪水风险区划分为极高、高、中和低风险4 个等级;其中,中下游无堤防保护区域洪水风险等级为极高或高风险;湘东区县城区域洪水风险等级主要为高风险和中风险,县政府驻地区域属于洪水灾害高风险等级区。本文洪水风险区划成果可为湘东区防洪规划及非工程措施建设提供科学依据。     

青山水库溃坝洪水模拟计算

采用二维浅水模型对青山水库溃坝洪水进行了模拟计算,根据主坝可能出现的溃坝风险,模拟了主坝溃决后保护区内洪水的演进过程,模型的计算结果提供的淹没水深、淹没范围以及流速等洪水风险信息,为青山水库防洪风险管理提供了依据。     

永定新河河口风暴潮对其右堤防洪保护区洪水风险影响分析

依托全国重点地区洪水风险图编制工作,以永定新河右堤防洪保护区为研究对象,采用MIKE 21/3 Coupled Model FM软件建立风暴潮模型进行洪水演进计算,分别对防洪保护区内遭遇100年一遇、200年一遇风暴潮情景下的淹没水深、范围、流速、历时等洪水风险要素进行分析,估算了由此产生的居民财产、农林牧渔、工商企业、交通运输、水利设施等方面的直接损失。结果显示,永定新河河口遭遇100年一遇风暴潮时,洪水淹没面积20.69 km~2,其中耕地淹没面积0.41 km~2,居民地淹没面积7.46 km~2,受影响人口2.05万人,受影响GDP达235.13亿元。永定新河河口遭遇200年一遇风暴潮时,洪水淹没面积增加17.79 km~2,耕地淹没面积增加1.66 km~2,居民地淹没面积增加3.77 km~2,受影响人口4.18万人,受影响GDP达630.10亿元。各方案洪水损失估算中,工业产值损失所占比重最大,约占65%,其次是商贸业主营收入,约占24%,其余指标在总损失中所占比例均较小。研究成果能够为区域洪水风险管理、防灾避险预案制定及防洪(潮)调度决策提供技术参考。     

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。     

基于洪水风险图的超标准洪水防御对策研究

洪水风险图是一种有效的防洪减灾非工程措施,可以为制定超标准洪水防御对策提供科学可靠的决策依据。以辽河干流石佛寺水库至柳河口段右岸堤防保护区为研究对象,根据洪水风险图的研究成果,结合防洪工程条件及社会经济现状,从减轻洪水灾害的角度,研究了堤防遇到超标准洪水发生溃决时的防御对策。     

防洪保护区洪水风险图编制中堤防溃口设置方案探讨

防洪保护区堤防溃口设置方案是开展洪水风险图编制工作的重要依据条件。为提高洪水风险图编制成果质量,对洪水风险图编制过程中河道险工险段、砂基砂堤、穿堤建筑物、堤防溃决后洪灾损失、河道洪水流量、流速变化等因素对溃口设置方案的影响进行分析,并提出防洪保护区洪水风险图编制的堤防溃口位置选择、溃口宽度、溃决形式分析的确定方法。     

小型水库超标准洪水溃坝模拟及风险分析

我国小型水库数目众多，承担着防洪、灌溉、供水等重要作用。为减少水库遇超标准洪水溃坝后下游风险区的生命财产损失，以南王水库为研究对象，考虑水库遇超标准洪水下瞬时溃坝与渐进式溃坝两种溃坝形式，采用DB-IWHR溃坝模型模拟溃口流量过程，利用MIKE软件构建一二维耦合模型模拟洪水演进情况并进行风险分析。结果表明，下游淹没情况符合溃坝洪水演进的一般规律，模型可较好模拟超标准洪水引起大坝溃决的溃口流量与洪水演进过程，可为小型水库超标准洪水溃坝应急预案提供参考。     

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。     

QGIS和HEC-RAS在二维溃坝洪水模拟中的联合应用研究

为了准确模拟大坝溃决后的洪水演进过程及淹没范围分析,以数字高程地图为基础,建立了HEC-GeoRAS模型;结合水库的漫顶溃决工况,模拟阳江市大河水库主坝和副坝溃决后洪水沿下游河道的演进过程,并联合QGIS生成洪水风险图、最大水流流速,最大水面高度等成果.研究成果对山区河流下游的人员疏散转移避险决策具有重要的参考意义.