电力工程中溃堤洪水数值模拟及若干问题的探讨

为分析溃堤洪水对电力工程的影响,合理确定设计洪水位,采用一维水动力模型计算河道设计洪水过程,用平面二维水动力模型模拟溃堤洪水演进规律.结果表明,溃口开边界设置为水位过程,能客观反映河道洪水与围内洪水的相互作用过程,计算得到围内洪水演进过程和溃堤洪水位是合理的;水动力模型可为电力工程设计提供可靠的技术支持.最后对溃堤模型溃口开边界设置、溃口拟定方法和计算结果合理性检验等问题进行探讨,为实际工程提供参考.     

大清河洪水溃堤及漫溢风险分析

文章以辽宁省营口市大清河为研究对象,基于丹麦水力研究所的MIKE FLOOD一、二维耦合水动力模型,构建了主河道一维及洪水淹没区二维的耦合模型。设定模型参数并验证模型,模型计算水位与实测水位拟合较好,精度满足要求。采用侧向连接和标准连接方式模拟了发生超标准洪水情况下的洪水溃堤及洪水漫溢淹没过程,得出洪水淹没范围,为防汛应急处置及避洪转移提供科学依据。     

基于水动力模型长江干流安定街溃堤风险分析

河堤的防洪作用提高了河道的防洪能力和行洪量，当洪水造成河道溃堤后，其造成的危害将更大。因此，对洪水溃堤风险进行分析是非常必要的。通过收集流域水文、地形条件，建立水动力模型，分析长江干流安定街在不同洪水工况下的溃堤风险。计算结果表明，1954型300年一遇洪水淹没范围及淹没水深最大，其次为1954型洪水，1954型100年一遇洪水淹没范围最小。在后续的工作中，需要加强长江干流洪水监测、预警，及时采取应急救援方案，减少洪水暴发造成的溃堤风险。     

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。     

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。     

GIS技术在洪水淹没分析中的应用

应用水力学方法和GIS技术,通过建立珠江流域北江下游潖江天然滞洪区洪水淹没模型,对蓄滞洪区不同洪水淹没水位进行分析,计算淹没区的滞洪量,为防洪决策和淹没区洪灾损失分析提供科学依据。     

江西抚河2010年唱凯堤溃堤洪水模拟反演分析

本文在中国水利水电科学研究院洪涝仿真模型（IWHR-FRAS）的基础上,针对溃堤洪水利用基于共轭离散单元的有限体积法求解考虑了水流惯性项和摩阻项的完全圣维南方程组,并建立江西抚河2010年唱凯堤溃堤洪水的模拟演算模型,进行了溃堤及洪水发展过程的模拟反演。结合溃堤后现场考察的实测资料,对反演结果进行了分析,结果表明：所建立的唱凯堤溃堤洪水模拟模型可以较好地模拟反演溃堤、修复及排水等因素影响下洪水的发展变化过程;计算的溃口流量过程与堤内外的水位变化过程相一致;溃堤后唱凯堤内的水量变化过程比较合理,与实际情况也相吻合;计算的洪痕处水深与现场观测到的洪痕水深值比较接近。模型基本能够模拟反演人工修复等因素影响下溃堤洪水的演进变化过程,可为溃堤发生后的防洪、抢险、救灾等工作的开展提供重要的技术参考。     

基于DELFT3D HM模型的苍海湿地公园洪水淹没模拟研究

洪水淹没情景受区域洪水流量、河床地形变化、河道工程运行调度等多因素影响,对于洪灾情景的确定,是开展河道与滩区治理研究以及进行防洪设计和滩区功能定位的前提条件。为此,以苍海湿地公园区域为例,利用Delft3D HM模型建立起二维洪水演进模型,进而模拟洪水淹没过程。模型采用P=20 a一遇洪水历史资料进行验证,结果合理;采用P=50 a一遇洪水对苍海湿地公园流域内洪水淹没过程进行了模拟,得到了实时淹没范围、最大淹没区域、水位变化过程等洪涝区内的特征水力要素信息。成果为该区域内的防洪规划和实时洪水预报提供理论参考,同样为后期洪涝区内水质提升工程提供可靠参数。     

多溃口河网耦合模型在防洪保护区洪水分析中的应用

基于珠江三角洲流域堤防在大洪水情况下多处溃决的特点,以一维、二维非恒定流控制方程作为理论基础,建立珠江三角洲流域多溃口一二维耦合河网模型,在耦合位置采用堰流公式实现河网和保护区内水流的实时交互。模型采用堤防渐变展宽的溃决方式进行溃口参数设置,采用地形局部修正的方法处理保护区内道路和桥涵的导阻水作用,采用糙率分区和对村庄等密集区域局部加大糙率的方法进行地形的优化处理,采用"干湿判别"理论对动边界进行优化。将优化后的模型用于江新联围防洪保护区多溃口洪水耦合计算,对比分析了单一溃口洪水与多溃口洪水淹没结果,研究成果对珠江三角洲流域及其他类似区域的多溃口溃堤洪水风险评价具有重要参考价值。     

长湖溃堤对荆州市城市防洪的影响研究

为了研究长湖溃堤对荆州市城市防洪的影响,采用MIKE 21构建长湖溃堤模型对溃堤后的水流演进过程进行模拟。结果表明,当长湖湖堤新阳桥闸附近或习家口闸附近发生溃堤时,荆州城区、沙市机场及锣场镇都会发生不同程度的淹没;可见长湖溃堤对荆州市城市防洪有一定的影响。基于MIKE 21的溃堤模型结果可为构建长湖洪水防御方案、加固长湖湖堤防御长湖洪水提供技术支撑。     

浑河流域暴雨洪涝淹没模拟研究

根据浑河流域内的自动站和国家气象站,分别对范围内的土壤类型、土地利用状况、洪涝灾情、过程降水量、逐小时降水实况以及降水落区预报等数据资料进行提取,并对浑河流域2005年8月12日14时-13日14时的强降水时段,利用Flood Area模型的暴雨淹没情景模拟分析了洪水淹没过程和效果。结果显示:在强降水作用下浑河流域上游水位明显上涨,大伙房水库上游水位上涨3m以上,李石河、东洲河等支流水位超过5m。灾情调查显示,基于Flood Area模型模拟的洪水淹没深度与覆盖范围基本能够反映强降水的实际状况,在浑河流域暴雨洪涝模拟中该模型具有良好的模拟效果和较高的准确度,可为今后洪涝灾害险情分析、洪水预警以及人员疏散方案的制定提供一定参考依据。     

基于阻-导水通道的辽浑防洪保护区溃堤洪水淹没分析

为避免在影响水流运动的构筑物附近进行网格加密而导致计算效率降低的问题,本文采用阻水和导水通道数值模拟方法,以辽浑防洪保护区为研究对象,构建了基于阻-导水通道的水动力学模型,分析了超标准洪水下溃堤洪水的淹没过程及对研究区内社会经济的影响.结果显示:遇超标准洪水,陶家险工和偏养子堤段溃决后,保护区内将进入7.458亿m3和...     

基于自然邻点插值计算的溃堤洪水二维模型

为了模拟溃堤洪水的演进过程,建立计算区域的二维水动力模型,采用基于非结构网格的Roe格式离散求解。针对保护区内存在线状地物等实际特点,将道路、灌渠渠堤等建筑物线性处理,概化为宽顶堰的形式计算,赋予实际高程,将其作为特殊边界与非结构网格耦联;采用自然邻点插值计算方法,将保护区与排水沟分区插值,还原区域内排水沟地形,通过以上方法,获得了具有真实地形的模型。将模型应用于青铜峡河西灌区四排口险工溃堤洪水模拟,有效模拟了道路、渠堤等特殊边界阻水和桥涵过水效果,以及排水沟内排水和入河口洪水倒灌过程,较为真实地反映了洪水在计算区域内的演进过程和淹没范围,具有较好的应用价值。     

3DGIS支持下的洪水风险三维动态推演

为提升MIKE FLOOD模型洪水风险展示中淹没区域细节的认知,动态反映发生溃口等险情时的洪水扩散过程,总结了洪水风险的现有表达手段,研究了洪水过程在3DGIS场景中的融合和表达方法,形成了一套可用于洪水风险三维动态推演的程序框架。以雄安新区内的主要河流南拒马河为例,基于MIKE11和MIKE21模型计算溃堤后的洪水过程,并以Open Scene Graph技术搭建三维GIS环境,在真实的三维地形地貌环境下进行洪水过程的动态推演分析。试验结果表明该方法相较于传统二维风险图方法具有细节表达和动态模拟上的优势,可以在宏观、中观和微观多个尺度对淹没过程进行模拟和表达,更加直观高效地反映洪水动态过程和淹没损失情况。     

溃口宽度和倒灌、退水对防洪保护区洪水演进的影响

考虑沟渠倒灌、退水对防洪保护区溃堤洪水演进的影响,采用有限体积法建立了防洪保护区的二维洪水演进模型,分别采用二阶TVD格式和二阶Runge-Kutta方法对计算区域的空间离散和时间离散求解,定量分析了溃口宽度和沟渠倒灌、退水对防洪保护区洪水演进及淹没范围的影响,并用水面线平铺得到的淹没线对模型计算淹没范围进行了验证。研究表明:溃口宽度每增加50m,区内蓄洪量相差8%左右,溃口越宽,水位上涨越高,但最大水深随时间的变化不明显,淹没范围的变化率较小,最大淹没范围相差约1.8%;沟渠退水和支流倒灌的作用非常明显,最大蓄洪量和最大淹没范围相差60%以上。与溃口宽度增大相比,沟渠倒灌、退水会造成更大的淹没损失。     

蓄滞洪区内洪水演进数学模型的应用

本文以穿越蓄滞洪区某高速公路工程为例,利用流域一维、二维嵌套的非恒定流计算相耦合的方法进行洪水演进计算,对高速公路工程修建前后蓄滞洪区内的淹没面积、水位、流速和流场进行了数值模拟,并分析工程修建前后淹没面积、水位、流速和流场的变化。数值模拟结果表明,高速公路修建后,部分路基阻隔了区内洪水的汇流通道,对蓄滞洪区的局部流场稍有影响。除某些局部位置处壅水增加较高外,淹没面积、流速、流场的变化较小。工程设计中可适当增加局部位置桥孔宽度,并考虑在恩县洼滞洪期间洪水的风浪、淹没等因素对高速公路路基的影响。     

受下游水位顶托下的太湖流域西苕溪中下游水位预报研究

西苕溪位于太湖流域中上游地区,由于其中下游河床比降较小,且受太湖水位顶托以及东苕溪导流干扰,经常发生洪涝淹没灾害,造成了严重的社会经济损失,长期以来该河流洪水预报工作显得尤为重要,但由于河流中下游水位流量关系复杂,该区域以水位预报为核心的洪水预报始终是其难点之一.文中探讨了研究区受下游洪水顶托影响下的洪水预报方法,采用20世纪80年代以来的12场较大洪水资料,建立了西苕溪流域下游水位混合回归预报模型,并利用后期的8场洪水加以验证分析.实例验证表明,对于西苕溪这类水文规律复杂的流域,系统的混合回归模型具有简单方便、模拟精度高等特点.     

溃坝洪水数值模拟

在已有溃坝洪水数学模型基础上建立的溃坝洪水计算模型，可对洪水由库尾向坝址的传播过程、溃坝洪水向下游的推进过程、溃坝洪水漫过堤防后在下游城镇内的淹没过程进行水动力学模拟．利用所建立的溃坝洪水计算模型，对某水电站大坝溃坝洪水在拟定的各工况下进行的坝下游洪水预测表明，溃坝历时、水库上游来流量及溃坝时不同的坝前水位是影响该模型计算结果的主要因素．     

不同降雨集中度下流域干支流洪水全过程模拟

为研究流域洪水形成过程及淹没风险规律,采用二维全水动力模型GAST模拟灞河部分流域的降雨成洪情况,分析不同降雨集中度下的洪水形成过程及淹没风险区变化规律。结果表明,降雨集中度影响流域洪水的洪峰流量与峰现时间,也影响淹没风险区面积及峰值出现时间。雨量大且集中的降雨容易在短时间内形成大洪峰洪水,也较快达到淹没风险区面积峰值;流域干支流在出山口断面峰现时间顺序为清峪沟、流峪河、灞河上游、蓝桥河,汇流起始点与流域出口断面峰现时间最大相差80 min;淹没风险区域主要分布于流域出山口外的灞河干流沿河两岸,淹没面积达到峰值最早为低风险区,最晚为极高风险区,峰现时间均在4 h之前。流域干支流洪水过程及淹没风险变化过程分析结果可为灞河流域不同降雨条件下的防洪响应及部署提供参考。