耦合洪水演进模型在太平溪流域中的应用研究

太平溪小流域位于太湖流域暴雨点内,汛期暴雨洪水量大且较为迅猛,对该区域安全产生较大影响。为提高该区域防洪安全系数,提出基于有限体积法的一维、二维耦合洪水演进模型,以10%设计暴雨为例,通过耦合演进模型对该区域洪水进行模拟分析,得到洪水淹没的范围、历时以及深度等信息,研究成果可为该区域防洪安全管理提供理论依据和技术支撑。     

基于一二维水动力模型的山丘区小流域洪水模拟与淹没分析

我国东南沿海山丘区小流域降水充沛,山洪灾害频发.为科学指导山丘区小流域防洪减灾,以浙江省松阴溪流域遂昌县城为研究区域,构建一二维耦合水动力模型,通过"20140820"、"19930624"两场历史洪水对模型参数率定验证,模拟不同重现期设计洪水情景下的洪水淹没过程,为山丘区小流域防洪决策提出合理建议.     

MIKE FLOOD耦合模型在杭嘉湖流域嘉兴地区洪水风险图编制工作中的应用

中国是世界上受洪涝灾害影响最为严重的国家之一,随着社会经济的快速发展,洪灾损失也越来越严重。我国正将防洪策略从洪水控制向洪水管理进行转变。洪水管理需要进行洪水风险分析,数值模拟则是洪水风险分析的一个重要手段。依托全国洪水风险图编制试点项目(二期)工作,以浙江嘉兴地区为研究对象,运用MIKE11软件建立该区域一维河网模型,模拟河道水位变化情况。再运用MIKE 21软件建立该区域二维模型,模拟暴雨情况下的洪水演进过程。最后运用MIKE FLOOD耦合模型,模拟河道溃堤洪水在区域内的演进情况,分析洪水风险,为嘉兴地区洪水风险图编制工作提供技术支撑。     

实时动态耦合模型及其在洪水风险图中的应用

将水力学的一维模型和二维模型实时动态耦合,可以解决溃堤、漫堤等洪水演进问题. 但传统的一维和 二维洪水演进模型通常是独立的模块,且模拟计算所花时间较长,结果也不够准确. 把独立的一维和二维模型 通过时间同步和空间耦合节点的对应关系,建立了一、二维实时动态耦合模型. 利用干水深和湿水深理论,改进 了传统的洪水演进模型. 采用该模型模拟了谷堆圩蓄滞洪区的溃堤洪水演进情况,通过历史洪水对模型进行了 验证,基于模拟结果绘制了规范的洪水风险图. 结果表明:一、二维水动力实时动态耦合模型在模拟溃堤洪水 时,模拟计算结果较传统的方法更为合理,且花费时间更少.     

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。     

基于水文水动力耦合模型的洪水淹没模拟

中国中小流域地区洪水灾害频发,探究新型城市雨洪模型是当下的研究热点。通过耦合水文模型与二维水动力模型的方法,使得在模拟城市下垫面洪水淹没情况的同时,又能使模拟达到较快的运算速度。以泉州市梅溪流域为例,探究耦合模型在中国中小流域范围应用的可行性。结果表明,耦合模型模拟水量平衡误差极小,淹没水深结果与验证值吻合较好。根据对淹没水深图与达最大水深时间图的分析,得到区域范围洪水的空间分布及时间分布,可为中小流域洪水治理提供决策支持。但中小流域水文数据匮乏一定程度上限制了模型的可靠性。     

大陆泽及宁晋泊蓄滞洪区洪水风险实时分析系统研发

为探索洪水风险图成果应用,选取海河流域第一大蓄滞洪区——大陆泽、宁晋泊作为试点,开展洪水风险实时分析技术及系统研发。项目针对蓄滞洪区特点,构建了上游小流域水文模型,以及蓄滞洪区一二维耦合水动力模型,结合实时雨水情,实现了水文—水动力耦合的洪水风险实时分析。其中,水文模型实现对上游河道的实时/未来(预报降雨)洪水预报;一二维耦合水动力模型,通过在二维网格边元概化一维河网,可快速(少于30 min)完成历时一周的洪水模拟,并考虑入渗影响及堰闸、分区滞洪的实时调控。在此基础上,基于自主研发GIS平台,建立洪水风险实时分析系统,实现了上游不同来流及蓄滞洪区不同调度运用情况下的实时洪水演进和风险评估。     

基于DTM的溃坝风险图编制技术

溃坝洪水风险图对于制定区域防洪应急预案、进行溃坝洪水风险分析是十分必要的.利用BREACH模拟溃口,采用无结构网格有限体积法进行二维溃坝洪水演进计算,利用TIN模型将计算结果可视化,制作成水深风险图、流速风险图、淹没历时风险图、洪水到达时间风险图,并对风险图进行了空间分析.本文充分利用了GIS对空间数据以及空间数据和属性数据联合分析的功能,对溃坝洪水风险图制作的基本原理和方法进行了探讨,并应用于沙河集水库大坝溃坝模拟,具有较强的实用价值.     

二维水动力学洪水风险分析平台设计与研发

在已有大量研究成果的基础上,结合全国洪水风险图编制试点,基于.Net平台,利用最新软件技术及面向对象方法,研发了二维洪水演进模拟的洪水风险分析平台。洪水风险分析平台统一设计了网格对象模型,在非结构网格有限体积计算方法、网格自动生成、GIS数据接口、大容量计算网格的展示与用户交互、用户编程接口等关键技术方面进行了探索和研发。研发的平台初步应用于沂河左堤洪水风险图编制试点,对江河堤防（段）洪水风险图编制进行了有益的探索。     

富水干流下游洪水风险图编制

中小流域洪水分析资料匮乏且流域控制性水利工程较多,因此中小流域设计洪水过程推求及洪水分析方案的概化相对复杂。以富水干流下游洪水风险分析为例,通过综合分析富水下游洪灾成因及典型洪水、流域控制性水利工程调度方案、水利工程现状防洪能力等因素确定富水下游洪水分析方案。采用水文分析计算方法推求富水下游设计洪水过程;采用一、二维耦合水动力学模型进行洪水分析计算;结合富水下游土地利用状况,进行了灾情分析和损失评估;根据淹没水深与到达时间计算结果,将风险信息添加到地图上,最终编制完成富水下游洪水风险图。     

基于一维和二维耦合数学模型的南澧河洪水风险分析

洪水风险图可以综合直观反映某一区域洪灾发生时的淹没特征信息、区域的地理特征信息和社会经济,其已成为洪水风险管理的重要科学依据。为加强南澧河区域的安全建设规划,利用MIKE软件建立了南澧河河道及两岸保护区的一维和二维耦合水动力学模型,采用海河流域“96·8”历史洪水资料进行了模型的验证。利用该模型模拟了南澧河发生100 a一遇的洪水演进过程。通过对比验证,此模型可以作为南澧河洪水风险分析的依据,为南澧河周边的安全建设提供重要依据。     

基于一二维耦合技术的溃坝洪水模拟研究

以印度尼西亚巴丹托鲁水电站溃坝洪水模拟为例,对于地形条件复杂的河流,利用MIKE软件基于一二维耦合技术构建溃坝洪水计算模型,对拟定的溃坝工况进行数值模拟。建立的溃坝洪水一二维耦合模型适用于不规则计算域和地形,通过引入了新的动态耦合技术,避免了采用单一模型时遇到的计算效率、网格精度和准确性方面的问题。通过数值模拟得到了溃口流量过程和下游海滩地区洪水演进过程,并对下游敏感区域进行淹没影响分析。模拟成果为水电站工程设计、溃坝洪水风险分析和灾害损失评估提供了技术支撑。     

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。     

基于一维水力学法的小流域洪水风险图编制

分析了水文学法、历史水灾法和水力学法在小流域洪水风险分析中的适用性。为了对小流域洪水风险进行有效的管理,预防损失的发生和减少损失发生的影响程度,需要进行小流域洪水风险分区,绘制小流域洪水风险图。以浦江县中余溪小流域洪水风险图编制为例,着重介绍基于一维水力学法的小流域洪水风险图编制方法。     

平原区暴雨内涝风险数值模拟研究

采用水力学方法探讨平原区暴雨内涝风险数值模拟研究,采用MIKE11建立黄河故道一维水力学模型,采用MIKE21 FM建立区域二维水力学模型,采用MIKE FLOOD对一维、二维模型进行耦合计算,模拟区域1978、2000、2003年暴雨内涝演进过程和淹没范围等,计算结果与涝灾实际淹没情况及区域地形地貌基本相符,可为下一步洼地治理、涝灾应急预案制定等提供参考依据。     

基于耦合水动力模型的药湖联圩区洪水风险分析

鄱阳湖赣江尾闾药湖联圩防洪保护区水系繁多,频繁受到洪水侵袭,因此极有必要对该地区开展洪水风险分析。建立了能够模拟溃堤洪水水流演进的一、二维耦合水动力模型,并利用糙率分区、河道地形还原等技术进行优化,提高了模型精度。将该模型应用于药湖联圩防洪保护区,计算区域采用非结构化三角形网格进行剖分,设定溃口发生瞬时溃堤,溃口流量满足水量平衡原理,演进结果合理可靠。对演进计算结果进行洪水风险分析,结果表明:鸡鸣洲、大王庙、司家闸溃口洪水淹没面积分别为10.62,56.67,18.36 km2,淹没分布基本遵从地形高低原则,保护区内的淹没水深基本都大于3 m,区内洪水淹没范围大小和影响人口数量与溃口位置有关。     

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。     

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。     

十三围防洪保护区洪水风险分析

十三围防洪保护区位于珠江河网区域的西江和北江交汇后的西江右岸,西江洪水峰高量大,洪水威胁严重,进行洪水风险分析十分必要。考虑到珠江河网区域水流运动复杂,基于一维水动力学模型构建了珠江河网一维模型,并根据历史洪水资料验证了模型的可靠性。为了反映保护区内的河道、堤防、道路等对洪水传播的影响,采用精细化的非结构网格构建了十三围保护区二维水动力学模型进行洪水演进模拟。通过一、二维耦合模型,分别对江根段、西头窦段溃口进行了西江50,100,200 a一遇设计洪水下的洪水淹没方案计算,并对计算成果进行了合理性分析,包括水量平衡分析、局部流场分析、溃口流量水位过程分析等。结合社会经济数据进行了受淹面积、受影响人口、淹没损失等方面的洪水影响分析,可为防汛抢险、避洪转移等提供重要信息参考。     

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。