蓄滞洪区洪水演进数学模型研究及应用

以二维非恒定流基本控制方程为理论基础,采用有限体积法,建立洪水演进数学模型.根据蓄滞洪区内不同地形条件及洪水调度方案,以相应的水动力学方法,对模型区域的通量、蓄水量和洪水实时淹没水位进行计算,并考虑了公路建设中路基体积、涵洞尺度、取土方量对蓄滞洪区洪水演进的影响.采用恩县洼蓄滞洪区的历史洪水淹没资料进行模型验证,模拟了自然滞洪和分区滞洪两种情况下的洪水淹没过程,模拟结果与历史统计淹没范围基本吻合,预报了公路建设后蓄滞洪区洪水位的变化及风浪对洪水最大淹没范围的影响,为蓄滞洪区中的工程建设和防洪影响评价提供了研究思路和方法.     

塔基建设对蓄滞洪区洪水演进影响评价——以蒙西—天津南输变电工程为例

为研究特高压输电线路的塔基建设对蓄滞洪区洪水演进的影响,以一、二维非恒定流方程为基础,建立了一维河道嵌套于二维大清河系蓄滞区的洪水演进数学模型。应用该模型模拟了工程建设前后的洪水淹没过程,同时对塔基所在网格按照工程建设前后的12个方案进行局部加密计算。结果表明:计算结果与实测洪水资料的洪水到达时间、峰现时间相差在1%以内,表明模型可靠;工程建设前后的洪水演进过程、淹没范围、最大水深分布、流场分布基本相同;塔基建设对水位影响不大,产生的最大壅水为0. 022 m,但是对局部流速影响较大,最大减少0. 545 6 m/s,占建设前流速的56%,造成冲刷深度达1. 3 m;塔基建设对200年一遇洪水的流速减小量是100年一遇洪水的2. 5倍,圆-方柱塔基对局部水流形态的影响是圆柱式的2倍。研究成果可为评价塔基建设对蓄滞洪区的防洪影响提供参考。     

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。     

三维数学模型在跨河工程防洪评价中的应用

本文以跨越漳河某工程为例,建立了跨河工程防洪评价三维数学模型,对跨河工程修建前后的流速场、水位和水深进行了数值模拟,并分析工程修建前后流速场、水深和水面雍高的变化。数值模拟结果表明,跨河工程修建后,流速场基本不发生改变;壅水现象为毫米级;工程修建前后流速和水位基本相同。     

珠湖蓄滞洪区溃堤洪水模拟及损失评估

为有效评估蓄滞洪区溃堤洪水灾害风险,本文依托鄱阳湖区珠湖蓄滞洪区,建立了洪水演进数值模型,模拟了蓄滞洪区溃堤洪水演进过程,获得了历史最高洪水位下的蓄滞洪区淹没范围、淹没水深及流速等重要淹没信息,进而根据洪水淹没信息分别估算了溃堤洪水可能给蓄滞洪区造成的生命、经济和生态环境损失.研究结果可为溃堤洪水灾害风险评估、蓄滞洪区...     

基于MIKE21的濛洼蓄滞洪区洪水演算模拟

为研究蓄滞洪区分洪之后洪水演进情况,以淮河中游濛洼蓄滞洪区为研究对象,采用MIKE21模型对洪水演进过程进行了二维模拟计算。利用2007年实测水位数据对模型参数进行率定后,水位模拟最大相对误差约10%,表明模型具有较高精度。运用该模型模拟计算了最危险分洪方案下蓄滞洪区内任一点的水深、流速、到达时间等洪水淹没要素。研究成果可为濛洼蓄滞洪区防洪救灾提供技术支撑。     

溃坝洪水对西气东输吉安联络站的影响分析

西气东输三线吉安联络站位于江西皂源水库下方,一旦水库发生溃坝,将对联络站和下游人民生命财产造成极大威胁。采用平面二维非恒定流数学模型,模拟了水库溃坝后吉安联络站站场区域水位、流场情况,获得了淹没水深、淹没范围及流速等洪水风险信息。结果表明：相较于现状地形,吉安联络站建成后,溃坝引起的淹没面积略有增加;局部流速有所增加,可能会对站场造成淹没,并在洪水区形成较大冲刷。吉安联络站建设时,应采取相应防护措施。     

黑龙江孙吴江段岸滩防护治理数学模型计算分析

黑龙江孙吴江段受水流剧烈冲刷严重危害沿岸安全。通过构建孙吴江段三维非结构网格水流泥沙数值模型，研究不同频率洪水条件下，孙吴江段岸滩防护工程对水力特性的影响，预测江段冲淤演变趋势及其防护前后的变化。研究结果表明，防护工程对孙吴江段水位与流速的影响随着洪水流量的增加而减小，二十年一遇洪水条件下，防护工程附近区域水位抬升普遍不超过2 cm,主河道内流速变化不超过0.1 m/s。修建防护工程后，孙吴江段内的中方滩、岛边岸受到保护的位置稳定性更好，综合治理技术发挥了明显的防护作用。     

基于平面二维数学模型的桥梁工程对河道影响分析

为研究桥梁建设对河道的影响,建立平面二维数学模型,对10年一遇洪水和5年一遇洪水两种工况下有桥和无桥进行模拟,并对计算结果从水位、流速、流场和冲刷进行分析。结果表明,桥梁建设后河道水动力发生改变,但是总体变化较小,距离桥梁位置越近,水动力变化越愈大。桥梁建设后10年一遇洪水水位壅高量大于5年一遇洪水水位壅高量。10年一遇洪水工况下,水位最大壅高量为0.14 m,壅水长度约为450 m,流速最大减小为0.18 m/s,局部冲刷深度为0.1 m。研究成果可为相关涉水工程提供技术参考。     

水流数值模拟在滞洪区中的应用

滞洪区行蓄洪水时,水流形态复杂,传统的一维恒定、非恒定流计算方法将不满足要求,二维非恒定流数学模型能够较为准确地全面模拟计算域内水流的运动、水位的变化过程、冲淤情况等。在介绍二维非恒定数学模型原理的基础上．对崔家桥滞洪区行蓄洪水过程进行了模拟,并结合实际工程项目,对石郑客运专线铁路桥和锦郑成品油管道穿越崔家桥滞洪区的修建工程前后．进行了域内洪水演进、淹没及工程位置处流速状况的计算分析,为防洪评价提供了科学依据。     

蓄滞洪区淹没风险度数值计算方法研究

蓄滞洪区是主动分洪蓄水的防洪设施,区内各个局部都承担着洪水淹没风险,而通常采用单因素定性分析进行风险高低的比较,缺乏将多种因素综合起来进行数值计算的方法。针对多种因素综合作用形成淹没风险的逻辑关系,从运用标准、启用几率、淹没水深、淹没历时、风浪、流速等众多因素中筛选出3个关键因素和1个必要因素,并分别以各因素作为自变量,建立其与淹没风险度的函数关系,从而初步得出可用于蓄滞洪区间风险度比较、风险区划等方面的洪水淹没风险度数值计算方法。可为类似计算研究提供参考。     

水动力模型在桥梁防洪影响分析中的应用

为评价涉水桥梁建设对河道的行洪影响程度,基于非结构化网格构建河道水流二维流场数值模型,采用隐、显格式交替计算模拟不同洪水频率下桥梁位置处河道的二维流场,以获取跨万江河桥梁工程建设前后水位、流速及水动力轴线变化情况。结果表明,拟建桥梁对所在河段防洪和水流特性无显著影响,对东江南支流（万江段）行洪安全影响较小,计算结果为桥梁优化设计及河道行洪安全提供了科学依据。     

珠湖蓄滞洪区运用对鄱阳湖湿地公园项目的影响

鄱阳湖湿地公园旅游开发项目与珠湖蓄滞洪区有部分重叠。利用Infoworks软件,构建了珠湖蓄滞洪区二维水动力学模型,用于对珠湖蓄滞洪区分洪和1998年鄱阳湖水位两种工况下的鄱阳湖湿地公园旅游开发项目的水深、流速、洪水到达时间以及淹没历时等要素进行模拟。模拟结果表明:珠湖实施分洪时,其水源湿地保护保育区的大部分建设项目面临着被洪水淹没的风险,而且淹没水深均较大。模拟研究成果可为鄱阳湖国家湿地公园开发建设项目的选址以及对洪水损失的预估提供技术支撑。     

海河流域下垫面变化对蓄滞洪区最高滞洪水位影响分析

近年来,海河流域下垫面情况发生了剧烈变化,加上气候变化的影响,流域总体洪涝水明显减少,局部城市沥涝水增加。这些变化对海河流域内蓄滞洪区的滞洪水位将会产生一定影响。选取东淀、文安洼、贾口洼3个蓄滞洪区进行数值模拟分析,比较不同频率情况下垫面变化对蓄滞洪区最高滞洪水位的影响。     

蓄滞洪区分区运用研究

贾口洼蓄滞洪区是国家重点蓄滞洪区之一,历史上曾多次运用,在防洪减灾方面发挥了巨大的作用。通过建立洪水演进数学模型,模拟蓄滞洪区分区后的洪水演进过程,并分析分区运用前后洪水淹没范围情况。结果充分说明分区后的滞洪区可以减小洪水淹没范围,增加生命财产转移的时间,使滞洪区的运用更加合理。     

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。     

深水航道工程对长江口流场的影响

该文建立了一个长江口二维流场数值模型,分别对深水航道工程实施前后长江口流场进行计算,计算结果显示深水航道工程对长江口影响区域主要集中在北槽及工程施工地点附近,而对距离较远的测站影响小。通过对各测站水位、流速和断面潮量变化的分析,表明工程对长江口水位的影响较小而对流速和南北槽进口断面潮量的影响较大。     

东风船舶公司船台滑道改造数学模型研究

由于工程修建后必然对河道水位和流态产生影响,为评价拟建工程对河道行洪、通航等方面影响大小,优化工程结构设计,采用非正交曲线坐标下的平面二维水流数学模型,对船台滑道改造前后河段水流情况进行了数值模拟。计算结果表明,工程修建后对附近河段水位和流速影响均很小,不会对河道河势、通航、行洪等方面带来不利影响。     

钱塘江九溪堤线优化对防洪御潮影响

杭州城西南排通道工程出口拟布置在钱塘江九溪岸段,为研究九溪岸段堤线优化对钱塘江防洪、御潮等功能的影响,采用平面二维数学模型,模拟工程实施后钱塘江百年一遇大潮、百年一遇洪水期间沿线的壅水高度、流速变化等情况。数值计算结果表明:当钱塘江遭遇百年一遇大潮时,工程区北岸堤前水位壅高相对明显,最大可达0.05 m,南岸的水位壅高影响小于0.01 m,南岸流速增加2%左右,上下游岸段堤前水域流速变化不大;当钱塘江遭遇百年一遇洪水时,工程河段局部范围内水位壅高0.02 m左右,下游相邻岸段堤前流速增加1%～2%,南岸浦沿排灌站岸段流速增加2%～3%,珊瑚沙水库围堤前沿流速影响较小。总体上,九溪岸段堤线优化对钱塘江防洪、御潮影响较小,对区域内地铁6号线、之江大桥、钱塘江大桥等涉水工程基本无影响。     

轨道交通建设对蓄滞洪区运用影响研究

随着经济社会快速发展和人口增加,城市附近蓄滞洪区内轨道交通项目建设速度明显加快,国内外就其项目建设对蓄滞洪区运用产生的影响研究较少。以武汉市轨道交通21号线工程为例,采用动边界模拟技术,建立蓄滞洪区二维水流数学模型,在此基础上就轨道交通建设项目对蓄滞洪区运用的影响进行分析研究。研究成果表明:武湖蓄滞洪区内轨道交通工程桥墩、车站等占用有效蓄滞容积相对较小;工程建设对蓄滞洪区分洪流量、历时、水位及流场过程的影响较小,对蓄滞洪区退洪流量、历时、水位及流速过程等影响不大,不会对蓄滞洪区运用带来明显不利影响,其研究方法及成果可供工程规划设计单位及防洪管理部门参考。