二维溃坝洪水演进数值模拟

以西藏藏木水电站为例,采用Mike21c软件进行溃坝洪水模拟,计算出溃坝坝址处水位流量过程线以及下游洪水演进过程中各断面的流量、水位、流速、洪峰到达时间等,为评估河道下游两岸的受灾程度做基础,为相关部门制定防灾减灾预案提供依据。     

金沙江白格堰塞湖溃坝洪水演进高性能数值模拟

为高效准确地计算堰塞湖溃坝洪水演进过程,采用基于GPU加速技术的二维水动力模型模拟了2018年金沙江"10·10"与"11·3"白格堰塞湖溃坝洪水演进过程,并将模拟流量过程结果与下游叶巴滩、苏洼龙的实测流量结果进行了对比。模拟结果表明:对于无高精度地形资料的山区,该二维水动力模型可以较好地模拟溃坝洪水演进过程。在计算效率方面,在462万网格的地形数据上模拟40 h洪水演进过程,两次模拟事件分别耗时61 min和74 min。可见该二维水动力模型在模拟洪水演进时非常高效,对洪水应急抢险事件可做到快速预测,为决策者提供有力的数据支撑。     

城市地区水库溃坝洪水演进模拟

因水库下游的地形、边界、糙率等存在明显不同,城市水库溃坝后的下泄演进与山区水库可能存在显著差异。针对城市水库下游区域建筑物众多、糙率复杂的特点,利用地理信息系统(GIS)技术生成高仿真的数字高程模型(DEM),对不同地表类型赋予不同的糙率值并生成糙率场。以深圳龙口水库为例,利用MIKE21水动力模块构建溃坝洪水演进模型,假设主坝瞬间全溃后对下泄洪水进行演进模拟。计算结果表明:模型能较好地模拟城区建筑物的雍水效应,较能反映城市主干道在洪水演进过程中的引导作用以及局部地区洪水迅速涨落和消退的特点,说明高仿真的DEM和多元分布的糙率场对保证城市水库溃坝模拟演进的合理性具有重要作用。     

溃坝洪水研究进展

溃坝洪水研究的目的是计算溃决坝址的流量、水位过程线,并向下游作洪水演进得到沿程的流量、流速、水位、波前与洪峰的到达时间,评估下游洪水淹没损失情况,以便于采取措施,降低洪水风险。从溃坝水流理论研究、溃坝问题的试验研究、溃坝模拟及洪水在下游演进这3个方面对溃坝洪水研究进行了综述,回顾和总结了国内外溃坝洪水研究的发展历程、已取得的成果和近些年的进展,提出了将来要研究的重点,并对研究前景进行了展望。目前溃坝理论的数值求解发展迅速,由试验提出了溃坝机理,研究不断模型化;但高强输沙理论未建立,溃口冲刷过程未能准确表达,对梯级溃坝和冰湖溃决洪水研究较少。今后应加强溃坝水流理论研究,开展大尺度、多库溃坝模型试验研究,积极做好梯级溃坝和冰湖溃决洪水模拟,进一步建立快捷可靠的区域溃坝洪水预报系统。     

山区河流溃坝洪水演进分析

山区河流地形复杂,河岸陡峭,岸线曲折,河床形态极不规则,当发生溃坝洪水时,可能出现常见洪水条件下难以预测的水情及流态。山区河流溃坝洪水演进分析,是为山区河流抵御洪水灾害和建立相应防洪措施提供依据。针对山区河道,基于不可压缩和Reynolds值均布的Navier-Stokes方程建立溃坝水流运动的二维数学模型。采用非结构三角形网格进行模型网格划分,动边界技术处理干湿边界,率定后的河道糙率范围为0. 020～0. 035。利用该模型研究了6种溃坝工况条件下的洪水传播特性。数值模拟结果表明:溃坝后下游河道各断面的断面平均流速均未超过6 m/s,山区段河道形态对溃坝洪水演进过程有着显著的影响,河道束窄段及弯道能有效地抑制洪水波的传递,支流的倒灌能极大削减洪峰流量,主河道旁侧支毛沟形成的环流可消耗主流能量。     

花凉亭水库溃坝洪水演进研究

为提高花凉亭水库大坝安全管理水平和应对突发事件的能力,增强溃坝和超标准泄洪等突发事件防控能力,确保下游生命财产安全,维持社会经济可持续发展,针对花凉亭水库3种溃坝洪水工况,采用BREACH-MIKE21耦合模型,对坝址溃口流量及溃坝下泄洪水演进进行了分析计算及灾后损失评估,结果表明：花凉亭水库遭遇10 000年一遇校核洪水导致漫顶溃坝为最不利溃坝工况,该工况下,水库下游溃坝洪水淹没面积共956.44 km²,坝址处洪峰流量达到66 213 m³/s,最大淹没水深为17.61 m, 7 h后洪水将到达距坝址最远处控制断面,预估受灾人口接近69.45万人,预估损失GDP达到287.54亿元。计算结果可为溃坝洪水灾害预防,提高大坝安全管理应急预案的可行性及有效性提供支撑。     

大坝围堰溃坝洪水演进预测分析

随着建坝数量的不断增多,各种涉及临时建筑物的安全问题也日益突出.施工期若发生超标准洪水,围堰溃决后风险巨大,故对围堰溃坝的洪水演进预测分析十分重要.文章结合历史监测资料,计算某水库上游围堰不同溃决工况下的最大下泄流量,选取典型断面得出洪水演进结果,并分析对下游河道覆盖区的影响后果.研究成果对该领域内相关研究具有一定的实...     

韩江南北堤防洪保护区溃坝洪水演进数值模拟研究

洪水分析计算是洪水风险图编制的基础。基于一维、二维水力学耦合模型,建立了韩江南北堤防洪保护区溃坝洪水演进数学模型,分析探讨了韩江南北堤瞬溃后溃口流量水位关系、主要地物特征点的水位和流速变化以及洪水演进过程。结果表明:溃口峰值流量出现在溃坝瞬间,随外江水位下降,溃口流量减小,至溃坝99 h后基本为0。湘桥区距溃口最近,受洪水破坏最严重,最大流速值超过1. 3 m/s。云路镇、登岗镇和湘桥区由于地势较低,最大淹没水深普遍在2 m以上。     

溃坝洪水演进及溃坝水流对下游坝体冲击研究

坝体溃决后大量库水会在短时间内下泄形成溃坝洪水,会对下游结构物安全存在巨大威胁。本文基于RNG k-ε湍流模型对三维溃坝洪水的演进及溃坝波与下游坝体的相互作用开展系统数值研究,主要讨论了溃坝波的演进规律、下游垂直坝体处冲击压强随时间的变化和分布规律,以及上下游不同水深比α对冲击峰值压强的影响。研究表明:溃坝波在演进时会导致下游水面线峰值呈现一个先增加随后坦化的趋势,随后受到下游坝体壁面的影响,溃坝波接触壁面后发生壅水,波高迅速增加。上下游水深比α=0.3时,其下泄洪水波的相对峰值达到最大值。随后随着水深比增大,其溃坝波传播速度和各监测点水位峰值均减小;瞬时冲击压强值随着水深比α增大而减小且与第一次冲击后最大压强值的比值减小。造成下游坝体上部分测点的压强主要为静水压强,下部分测点压强则主要是冲击压强和静水压强;垂直方向的峰值压强分布呈现先减小再变大再减小的趋势而水平方向呈对称分布,且最大冲击压强出现在下游水深之上的第一个点,由冲击压强产生。     

基于HEC-RAS的百花滩水电站溃坝洪水演进过程及影响分析

水库一旦遭到破坏,将给人民生活和国家地区经济建设带来巨大的损害.利用Google地球和ArcGIS提取百花滩电站上下游地形信息,基于枢纽1:1000地形图采用HEC-RAS建立河道数值分析模型,计算分析了9种溃坝方案下溃坝洪水在下游的演进过程和影响范围,明确了沿线淹没范围和转移路线.结果表明,溃口流量取决于溃口宽度,溃...     

溃口近区二维数值模拟与溃坝洪水演进耦合

基于黏土心墙砂石坝的溃决过程,以及溃坝洪水传播和运动的特性,建立黑河金盆水库大坝溃口近区二维数值模型和下游地区溃坝洪水演进耦合数学模型。使用DAMBRK法计算逐渐溃坝,并应用其结果进行后续模拟。采用Abbott-Ionescu六点隐式有限差分格式求解一维模型,采用单元中心的有限体积法求解二维模型方程。采用侧向连接方式,将黑河两岸计算水位点与二维网格单元相连,实现一、二维模型的耦合。采用所建立的二维模型对溃口近区进行计算与模拟,得到计算区域某一时刻的水深及流速分布。应用所建耦合模型对黑河金盆水库万年一遇入库洪水漫顶致溃坝洪水进行数值模拟,得到一维河道内各断面的水位和流量变化过程,以及二维计算区域内不同时刻的水深分布图、流速矢量图和淹没范围变化过程。溃口的形成过程不仅包括漫顶水流的直接作用,同时包括溃口形成过程中两侧漩涡状水流的反冲刷作用。耦合模型可以同时兼顾河道内的水流变化以及河道外计算区域内的洪水演进过程,从而减少由于计算结果偏大或偏小所带来的防洪资源浪费和防洪措施不利等不良影响。     

溃坝洪水数值模拟

本文通过对某水库溃坝洪水计算,介绍了溃坝洪水计算中的一些简单易行的计算方法。并利用Preissmann四点隐式差分格式对圣维南方程组进行离散,求解洪水的传播。分析表明结果具有较高的精度,所提方法是合理可行的。     

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。     

溃坝洪水演进计算中建筑群糙率的模拟

如何准确又简便地模拟城市建筑群是溃坝洪水演进计算所关注的问题之一。提出用"等效糙率"模拟建筑群的方法及"等效糙率"取值的水槽试验手段,并成功应用在某城市水库溃坝洪水演进研究中。     

横泉水库溃坝与下游区间洪水及其演进分析

受地形和天气的影响,黄土高原山区水库以土石坝为主。由于降雨期主要集中在汛期,存在短时间内洪水量大、洪水演进速度快的特点,有较大的溃坝风险。溃坝突发性强,破坏力大,开展水库溃坝洪水计算及洪水演进分析是对水库发生事故时进行科学决策的基础。以横泉水库为例,从溃坝方式的确定到水文计算的合理性分析,通过对比不同溃坝洪水与区间洪水的组合方式,确定了可能出现的最大流量,得到下游各断面水力要素成果。此研究可为政府科学决策、合理安排下游发展规划,以及水库的防洪体系建设和防洪应急抢险预案提供关键技术支撑。     

唐家山堰塞湖溃坝洪水演进及下泄过程复演

将溃坝模型和传统一维非恒定流模型相结合,建立了溃坝洪水演进数学模型。采用DEM数字模型插值技术,快速获取了模型计算所需的断面地形,适合于资料缺乏情况下的应急模拟计算。采用该模型,进行了唐家山堰塞湖典型溃坝模式下的洪水演进计算和湖水实际下泄过程的复演计算。实测资料的验证结果表明,计算与实测的水位、流量过程符合较好,模型可靠。建立的模型及相关处理方法值得在堰塞湖应急除险及其它溃坝问题模拟计算中推广应用。     

三维溃坝洪水在复杂淹没区域演进的数值模拟

溃坝数值模拟为溃坝洪水的灾害性分析提供科学依据。针对溃坝洪水在复杂淹没区域中的演进过程,建立了耦合VOF法的三维k-ε紊流数学模型,采用等效糙率法处理了复杂下垫面,兼顾考虑了建筑物群的滞水及阻水作用。运用无结构贴体网格划分技术,建立了六面体单元网格模型。离散格式为二阶LUD空间离散格式和二阶Crank-Nicholson时间离散格式,并采用PISO算法进行了数值求解。通过Testa等人的物理模型的实验结果验证了该模型的准确性。结合东武仕水库溃坝在下游复杂淹没区域中的洪水演进过程进行了数值模拟和分析,并绘制了溃坝洪水风险图。     

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．     

岭澳核电站岭下水库溃坝洪水的数值模拟

基于非恒定流理论，采用一维与二维结合的数学模型全过程、全区域地模拟岭澳核电站岭下水库溃坝洪水的下泄过程及向下游的演进过程，分析了溃坝洪水对厂址及一期核岛的影响。