一维洪水数值模拟技术在流域防洪规划中的应用

南美洲厄瓜多尔境内的Guayas河流域中下游社会经济发达,但洪水问题突出,是该国流域综合规划的防洪重点地区。通过综合规划论证,拟兴建由堤防、水库、蓄滞洪区、分洪道和挡潮闸组成的防洪工程体系。基于MIKE11软件平台构建了Guayas河流域中下游河网洪水一维数值模型,对平原感潮河网的洪水演进规律和规划的防洪工程体系联合运用进行了模拟计算。在模拟中,通过合理概化河网、优化河道断面布置,以及采用堰闸过流公式代替圣维南方程作为堰闸工程所在断面的水流运动方程,有效避免数值振荡问题。在模拟结果的基础上拟定了洪水安排方案和防洪工程规模。     

感潮河网区风暴潮洪水风险模拟研究——以中顺大围为例

感潮河网区资源丰富且动力复杂,面临着流域洪水和潮水、风暴潮的多重灾害风险。以珠江三角洲感潮河网区的中顺大围保护区为例,探讨了径流洪水与风暴潮洪水的历史遭遇概率,通过两套不同尺度的一、二维联解模型(河网一维与河口近海区二维联解、河网一维与保护区二维联解)模拟了不同情景下风暴潮洪水与径流洪水在三角洲网河区河道遭遇和演进,以及通过保护区薄弱堤段溃决后在保护区内宣泄传播的过程。较成功地模拟再现了河口的复杂洪灾系统,可应用于其他区域风暴潮洪水模拟,也为风暴潮洪水风险分析提供了参考。     

平原河网地区骨干河道河网概化排涝复核计算初探

滨海平原河网地区由于河道淤积造成引水、排水能力下降,从而导致河道不断恶化,因此骨干河道的规划整治迫在眉睫。本文在分析南通市滨海平原河网特性的基础上,考虑感潮河网的特点,对所涉及范围内的河道进行概化分析,提出了基于河网概化的滨海平原河网地区骨干河道排涝复核计算方法。该方法实现了河网水力计算的自动化分析处理,增加了规划设计的科学性和合理性,并为水质模型、水环境模型及骨干河道排涝优化设计提供了可靠平台。     

感潮河网水资源调度试验研究

以广州市海珠区新癵围河网为研究区域，针对其平原感潮河网特点和独特的地理位置，充分利用珠江潮汐动力和较干净水资源，采用水资源调度方法来改善该区域水环境。分析调水期间各水力要素以及水质指标的变化情况，结果表明：充分利用珠江潮汐规律，采用涨潮引水、落潮排水方案，能使河网内主要河道水体定向有序地流动，进而提高水体的流动性，加快水体更新速度，可以在一定程度上改善河涌水质。该研究对珠江三角洲地区城市河道整治具 有较为重要的指导意义。     

平原感潮河网地区河道洪水对村镇内涝的影响

随着平原感潮河网地区城市化快速发展,下垫面变化落后导致河道泄洪能力不足,河道洪水水位明显上涨,村镇内涝灾害日益频繁,已明显制约当地经济发展。在分析平原感潮河网地区村镇内涝影响因素基础上,以典型村镇为例,通过数值模拟方法分析该地区河道洪水对村镇内涝影响。结果显示50 a一遇与100 a一遇河道洪水分别导致村镇排涝水量减少25.17%,55.24%,排涝水量减少对村镇内部河流洪水过程的影响明显。降雨量增大加剧了排涝水量减少对村镇内涝淹没面积扩大的影响。河道洪水可导致村镇内涝淹没面积扩大22%,加剧了村镇内涝灾情。此研究成果可为该地区村镇内涝风险管理提供参考。     

考虑圩区分布的平原河网区暴雨洪涝分析模型建立

针对圩区众多的平原河网区域,基于已有的一、二维非恒定流水动力学理论建立的城市洪涝仿真模型,引入"小蓄水面"的概念,将圩区内外在水动力学模型中未被概化但对降雨的调蓄作用不可忽略的小河、塘坝、小湖泊等根据其实际空间分布统一概化为所在网格的小蓄水面,并考虑圩区堤防标准、抽排能力和调度运行规则对河网区域洪涝时空分布的影响,对模型中网格淹没水深、圩区排涝和闸泵调度的计算方法进行了改进。选择嘉兴市为案例区域建立了暴雨洪涝分析模型,利用模型对嘉兴市近年来典型场次暴雨进行模拟计算,与河道实测水位及洪涝分布调查结果对比表明,模型对区域的概化合理,能反映嘉兴市在受本地降雨和上游洪水影响、下游潮位顶托及复杂的工程调度规则综合作用下水流的运动特点和洪涝的分布特征,模拟结果可靠,模型可以为区域洪水风险图编制和防汛风险管理提供支持。     

洪涝仿真模型中河网洪水的计算研究

为在洪涝仿真模型中计算河网及工程调度下的洪水演进,并综合考虑河道洪水与地面洪水的相互影响,本文建立了一维圣维南方程和河网汊点水量平衡方程组,按照preissmann四点差分格式进行离散,采用泰勒级数近似的方法计算了河网中跨河闸门在关闭、自由出流和淹没出流三种状态下的过流能力,利用并修改了矩阵标识法求解方程组,研发了一维河网模拟模型;利用堰流公式建立一维河网模拟模型和二维洪涝仿真模型的连接,实现了一、二维模型的耦合。从文献中选择典型算例验证模型,模拟结果与文献相同。以长江、汉江和东荆河河网及杜家台和洪湖蓄洪区为工程实例,模拟的河网洪水与实测数据基本一致,河道与两个蓄洪区的水量交换合理,证明新建立的一维河网模拟模型具备了对河网洪水演进的模拟能力,与二维模型耦合的方法合理。     

东江三角洲水环境综合模型及其应用研究

平原感潮河网河道密集、水动力学条件复杂,不同条件下水环境状况及影响比较难模拟和定量评价。利用M IKE11软件建立东江三角洲水环境综合模型,可充分利用三角洲河网实测资料建立流域水力学模型、主要污染物运移规律和自净、富集规律的水质模型,并对模型进行率定和验证。利用其进行东江下游及三角洲供水水源保证工程不同布置方案实施前后对东江三角洲区域水环境影响效果模拟分析。通过应用表明,该模型能较好模拟东江三角洲在不同条件下的水环境变化,评价结果可以为该区域水环境保护和水资源管理提供科学依据。     

一、二维耦合数学模型在感潮河网洪水风险图编制中的应用

为了解决感潮河网径流、潮汐交汇,动力复杂,溃决洪水难以用经验公式准确概化的问题,建立直接以溃口为耦合断面的河网一维、保护区二维侧向耦合模型,将感潮河网与保护区一体化,避免环境因素及经验参数的不确定性带来的溃口流量估算误差。典型算例和中顺大围溃决洪水情景模拟表明：洪水自溃口集中喷射出后分散流向围内,流态受围内下垫面影响显著,溃口水位、流量随外江潮位涨落而起伏变化,由溃口流量过程线计算所得溃口水量与根据淹没区各单元的面积和水深计算的围内总水量一致。模拟成果直接反映下垫面、水头差、潮位涨落,及溃口流态对溃决洪水的综合影响,反映出本耦合模型计算溃口流量及对溃决洪水模拟的合理性、可信性,具有较好的应用前景。     

北京城市洪涝模型建设与典型示范

伴随城市快速发展,城市不透水面积持续增加,使得在同等降雨条件下流域内洪峰流量增加、峰现时间缩短,洪涝灾害威胁扩大。城市水利工程众多,虽然城市排水管网和河道都经过全面整治,但随着城区面积增加,城区防洪排涝河道和管网的服务范围、下垫面状况、排水单元和沟渠、支流发生了显著改变,河网的产汇流过程也发生了较大变化。针对城市洪涝灾害发生的复杂性和不确定性特点,提出北京市洪涝模型构建技术框架,并以清河流域为典型流域构建洪涝模型,分别从不同下垫面和降雨条件下河网排洪能力复核、河道防洪预警指标细化、城市洪涝风险量化等方面构建基于洪涝模拟的城市防汛安全调度技术体系。     

南方平原河网区城市内涝的全过程监测与特征分析

南方平原河网区中普遍存在由堤防、闸坝以及泵站形成的高度城镇化圩区,圩区内受降雨过程和泵站启闭影响的城市内涝特征和模拟方法仍有待探索。本文以常州市城市产汇流与内涝实验基地为对象进行了降雨、管道及河道水位流量等全过程长期监测,并通过布设水位计和视频监控设备进行城市内涝积水深度和范围自动监测。监测数据表明圩区内管网和河道流动性很差,管网长期处于淹没状态,监测期间管道水深有75%时间大于0.76 m;在检查井未发生溢流冒水现象时,仍然会发生内涝积水且主要集中在雨篦子周围道路低洼处,其深度和范围主要受到降雨过程、地形、雨篦子收水能力和泵站启闭的影响;开启泵站在增大管网排水能力的同时也在一定程度上削减了内涝积水范围。因此,根据降雨预报与内涝积水实时监测信息及时调控圩区水位可以有效缓解内涝积水情况,在模拟城市内涝时也不应忽略雨篦子收水能力和泵站启闭对内涝过程的影响;本研究可为构建城市内涝全过程在线监测平台提供参考,也能为城市内涝过程的概化模拟方法提供依据。     

阳澄淀泖区圩区排涝对区域防洪的影响分析

阳澄淀泖区属于典型的平原河网地区,河湖密布,地势低洼。为了抵御洪水,区域内建成大小联圩366个,约占总面积的50%。圩区建设是平原河网低洼地区的重要防洪排涝措施,但随着圩区规模的扩大、防洪排涝标准的不断提高,使得骨干河道洪水位上升,对区域防洪产生重要影响。以实测资料和圩区现状调查为基础,构建了能反映现状河网、圩区分布、圩区调度的数学模型,定量分析了圩区排涝对区域防洪影响。所建立的数学模型及对圩区排涝对区域防洪的影响分析可为阳澄淀泖区的洪水计算、防洪规划、圩区建设提供理论依据。     

基于城市雨洪模型的市政排水与水利排涝标准衔接研究

针对目前存在的市政排水与水利排涝两个标准的衔接仍无规范统一方法的问题,以广州市东濠涌流域为研究区域,采用城市综合流域排水模型Info Works ICM建立东濠涌流域管道、河道及地面二维耦合模型,分析计算市政排水1年一遇与水利排涝5年一遇以及市政排水1年一遇与水利排涝10年一遇两种情况下的标准衔接关系,为城市排水防涝规划设计提供技术支撑。结果表明:1年一遇市政排水标准与10年一遇水利排涝标准的组合能够满足流域涝水顺利排除的要求,但管道排水口底高程距河底高程的距离过短也会对管道的水位顶托产生一定影响,故建议城市排水管网的规划建设应至少保证排水口底高程高于河道底高程0.5 m以上。     

基于多类模型耦合的城市洪水风险 分析技术研究

基于城市洪水的特点,提出了简化的城市排水模型,并与SCS水文模型和二维浅水动力模型相耦合,建立了城市洪水风险分析模型。该模型能够模拟城市外洪、内涝或二者的组合,并以蚌埠市为例,开展示范研究,计算结果与实际情况相符,证明了模型的适用性.     

基于MIKE Flood的中小河流溃堤洪水演进数值模拟

针对水文资料缺乏的中小河流,以贵溪市罗塘河下游段为例,应用MIKE软件对河流溃堤洪水演进进行了研究。采用瞬时单位线法推求断面各频率的设计洪水,并将其作为洪水演进模型的输入;利用MIKE软件建立了贵溪市罗塘河下游段的一、二维耦合水动力模型,对该河下游段溃堤洪水演进过程进行了模拟;通过模拟分析,得到了溃口流量过程和堤防保护区洪水淹没过程。研究成果可为中小河流洪水风险分析和灾害损失评估提供技术支撑。     

湄公河干流洪水洪灾特点及防洪对策研究

湄公河是一条著名的雨洪河流,单位面积洪峰流量接近全球雨洪河流的极限值,洪灾频繁。为了减少洪灾损失,对湄公河干流的水系特征、洪水特性和洪灾特点进行了全面分析和分段论述;在此基础上探讨了洪灾成因,总结了防洪特点,并结合国内外防汛实践,提出了防洪对策。结果表明:湄公河干流洪水峰高量大,历时较长,河道洪水来量与泄洪能力不足的矛盾十分突出;洪水地区组成复杂,洪水来源以左岸支流为主,洪水类型以区域性洪水为主;湄公河三角洲漫滩、回流及潮流运动巨大,左右岸、河湖之间防洪关系非常复杂,宜按照"以人为本,人水和谐"的治理原则和"以泄为主,泄蓄兼筹"的防洪方针,科学处理蓄泄关系和河湖关系,对上下游、干支流洪水治理做出全面规划,并以中下游、三角洲地区和洞里萨湖区为规划重点,在充分利用河网、湿地、湖泊蓄泄洪水的基础上,因地制宜采取堤防护岸、河道整治、防洪水库等工程措施与非工程措施相结合的防洪体系;加强湄公河流域各国的防洪减灾合作,做到河湖两利,左右岸兼顾,上下游、干支流相协调相结合,保证重点防洪保护区人民群众生命财产安全,使得防洪减灾由被动防汛到主动迎汛,由单纯抵御洪水到安全管理洪水转变。     

基于示踪方法的沿海城市内涝防灾方案研究

针对沿海城市日益突出的内涝灾害防治需求,开展基于示踪方法并考虑复杂河网系统水量交换的城市内涝防灾方案研究,以排水分区为分析单元,构建耦合示踪方法的城市内涝模型,显性化城市排水分区间复杂的水量关联性.以海口市龙昆沟排水系统为例,采用PCSWMM构建耦合示踪方法的城市内涝模型,结果表明:模型可定量识别内涝积水来源,得到不同...     

城市环状水系防洪潮、排涝系统治理研究

为探究深圳市宝安区城市环状水系防洪潮、排涝方案系统解决策略,在分析现存问题的基础上,打破现状"高水高排、低水抽排"的防洪排涝格局,确定"大片区统筹治理,小片区分散治理"为主导的治理思路.采用MIKE耦合模型建立排涝河片区和沙井河片区城市水文学模型,耦合河网模型、管网模型及坡面模型,进行精细化水文分析计算.计算结果为沙井...