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。     

高强度人类活动作用下考虑河道下渗的河网洪水模拟

模拟河道洪水运动的现有圣维南方程组,因没有考虑河道下渗行为,难以满足地下水位持续偏低、河道长期干涸等受人类活动高强度作用地区的洪水模拟需要。论文推导了考虑河道下渗的圣维南方程组,采用Preissmann四点隐式差分和模块化建模技术,耦合河道汊点、闸坝群联合调度、蓄滞洪区吞吐洪水等计算模块,并遴选霍顿下渗公式为河道下渗模拟方法,构建了考虑河道下渗的河网洪水模拟模型。将该模型应用于海河流域漳卫河水系,采用1982、1988和1996年3场实测洪水对模型进行率定和验证;根据不同年代河道断面、设计洪水和岳城水库的不同调度方式,设计了8种情景进行模拟,得出如下结论:综合考虑河道下渗与设计洪水变化,50年一遇设计洪水恩县洼可以不启用,河道行洪最高水位下降0.03~0.20 m,这对流域洪水出路的科学安排与防洪格局调整具有重要指导意义。     

基于数字流域系统的漳卫河系洪水演进模型建立

以海河流域漳卫河系为研究对象,采用数字流域系统应用开发软件水动力学模型对洪水演进过程进行了零维、一维、二维耦合模拟计算,模拟了漳卫河系发生50年一遇洪水时主要河道以及蓄滞洪区分洪后各控制断面(点)洪水演进情况,输出洪水要素、河道水面线、控制站水位(流量)过程、蓄滞洪区控制点水位、蓄滞洪区最大入流、出流等结果,为漳卫河系防洪调度提供技术支撑。     

胖头泡蓄滞洪区老龙口分洪闸泄洪能力分析

胖头泡蓄滞洪区位于哈尔滨市上游嫩江干流、松花江干流及第二松花江交汇处,可减轻三江洪水对哈尔滨市的防洪压力。采用数学模型计算和实体模型试验相结合的方法研究老龙口分洪闸的泄流能力及其影响因素,数学模型主要用于分析嫩江干流河道的冲淤演变及水位变化,同时为实体模型提供上下游边界条件;实体模型用于研究不同方案下分洪闸的过流能力。结果表明,老龙口分洪闸的泄流能力主要取决于嫩江干流水位和分洪通道的水位,而且对二者水位差的变化非常敏感。分洪闸过流能力的影响因素主要包括嫩江干流河道冲淤变化、分洪流量、洪水类型及行洪流路走向等。嫩江干流河道冲淤变化幅度很小,对干流水位基本不产生影响;分洪流量对嫩江干流水位影响比较明显,最大分洪流量时水位降幅达0.70 m。嫩江干流与第二松花江共发型洪水分洪对蓄滞洪区水位的减小幅度大于嫩江干流型洪水;蓄滞洪区内地形地貌复杂,不同分洪通道对分洪闸闸下水位影响显著,是泄洪闸过流能力的关键影响因素。因此,在蓄滞洪区内设置能快速分散蓄滞洪水的分洪通道非常必要。     

童家湖蓄滞洪区洪水演进数值模型研究

为更加科学、有效地运用童家湖蓄滞洪区,降低洪涝灾害损失,以二维非恒定流基本控制方程为理论基础,根据童家湖蓄滞洪区1:5000实测地形资料,基于非结构三角形网格,采用有限体积算法建立了蓄滞洪区洪水演进数学模型。依据所建立的模型,模拟分析了设计分洪条件下分蓄洪区内洪水演进过程,还选取了蓄滞洪区内若干有重要代表意义部位,在其模拟计算的水位增长及流速变化过程基础上,进一步分析了分洪不同时段蓄洪区各区域的洪水淹没趋势。模拟结果显示:童家湖分洪开始约2 h,分洪洪量主要在分洪口附近填洼;分洪前20 h洪量主要集中在蓄滞洪区南部;20 h后,北部洼地填满后蓄滞洪区内联通,各处水位同步涨落。模型可以较完整地反映童家湖蓄滞洪区内洪水演进过程,研究成果可为童家湖蓄滞洪区分洪准备、撤离转移等工作提供决策参考。     

北江下游蓄滞洪区运用对石角洪水位的影响分析

结合广东北江下游蓄滞洪区的实际情况,提出了一种考虑了蓄滞洪区和区间入流的非恒定流洪水计算模型,分析分洪效果,该模型可作为洪水调度的技术支持。     

蓄滞洪区设立对汾河下游防洪的影响

通过对汾河下游洪水特性和流域防洪状况的分析,针对汾河下游的河道特点、流域防洪状况,基于水流的连续方程和运动方程,建立了河道一维洪水演进模型,并合理规划蓄滞洪区。利用建立的模型对汾河新绛县南梁桥—河津水文站河段进行了数值模拟。结果表明:模型计算流量与实测流量吻合较好;通过设定的蓄滞洪区分洪后,水位降幅明显,可减轻流域内防洪重点地区新绛、稷山、河津的防洪压力。     

基于3DGIS的水库群联合调度多尺度模拟仿真研究

为满足防洪调度过程的多尺度模拟仿真需求,总结了现有的防洪调度可视化手段,研究了在3D GIS场景中对降雨和洪水组成、水库拦蓄、库区淹没、中下游河道演进、蓄滞洪区分洪等调度过程进行多尺度模拟仿真的方法,形成了一套适用于水库群联合调度过程三维动态推演的程序框架.以1954年长江流域典型洪水为例,在该程序框架下,从宏观、中观...     

基于MIKE FLOOD的蓄滞洪区分洪能力研究

本文基于蓄滞洪区一、二维耦合模型,通过计算不同典型年洪水的蓄滞洪区分洪能力,得到蓄滞洪区最优运用方案。研究结果可为制定科学、合理、可行的蓄滞洪区启用条件提供技术及理论支撑,保障蓄滞洪区的分洪能力,使防洪效果最大化。     

基于一二维耦合的共渠西蓄滞洪区洪水演进模拟

蓄滞洪区的洪水演进涉及到河道和蓄滞洪区内部的洪水计算,河道和蓄滞洪区地形条件和水流流态差异较大,单独采用一维或二维水力学模型均难以计算。文章通过分析共渠西蓄滞洪区的入流洪水、边界、调度运用等条件,在实测区域地形和河道断面的基础上,采用一维和二维水力学模型,分别模拟了河道和蓄滞洪区的洪水演进过程,并进行耦合,提出不同方案的洪水演进淹没成果,对蓄滞洪区安全建设规划及防洪评价具有一定的参考价值。     

杜家台分蓄洪区洪水调度数值模拟及分洪效果研究

充分论证并科学调度分蓄洪区是预防、减轻洪涝灾害并达到综合效益最大化的有效途径之一.本文针对杜家台分蓄洪区自身的工程特点以及与汉江及长江的相对位置关系,特别考虑了长江对汉江的顶托作用,以研究杜家台分蓄洪区的分洪效果为目标,建立了一维河网数学模型,模拟杜家台分蓄洪区洪道、汉江干流仙桃到河口以及长江干流螺山到汉口河段的洪水演进情况.以1984年9月29日- 10月5日汉江洪水过程为例,本文在模型得到充分验证的基础上,模拟了杜家台不同的分洪方案所产生的综合防洪效益,包括汉江水位的降低效果、对杜家台分蓄洪区内民垸的影响以及对长江螺汉河段水位的影响.研究成果能为杜家台分蓄洪区以及类似工程的调度提供技术支持.     

Flood risk control of dams and dykes in middle reach of Huaihe River简

Three stochastic mathematical models for calculation of the reservoir flood regulation process, river course flood release, and flood risk rate under flood control were established based on the theory of stochastic differential equations and features of flood control systems in the middle reach of the Huaihe River from Xixian to the Bengbu floodgate, comprehensively considering uncertain factors of hydrology, hydraulics, and engineering control. They were used to calculate the flood risk rate with flood regulation of five key reservoirs, including the Meishan, Xianghongdian, Nianyushan, Mozitan, and Foziling reservoirs in the middle reach of the Huaihe River under different flood frequencies, the flood risk rate with river course flood release under design and check floods for the trunk of the Huaihe River in conjunction with relevant flood storage areas, and the flood risk rate with operation of the Linhuaigang Project under design and check floods. The calculated results show that （l） the five reservoirs can withstand design floods, but the Xianghongdian and Foziling reservoirs will suffer overtopping accidents under check floods; （2） considering the service of flood storage areas under the design flood conditions of the Huaihe River, the mean flood risk rate with flood regulation of dykes and dams from Xixian to the Bengbu floodgate is about 0.2, and the trunk of the Huaihe River can generally withstand design floods; and （3） under a check flood with the flood return period of 1 000 years, the risk rate of overtopping accidents of the Linhuaigang Project is not larger than 0.15, indicating that it has a high flood regulation capacity. Through regulation and application of the flood control system of the Linhuigang Project, the Huaihe River Basin can withstand large floods, and the safety of the protected area can be ensured.     

Mathematical model for flood routing in Jingjiang River and Dongting Lake network

The main stream of the Yangtze River, Dongting Lake, and the river network in the Jingjiang reach of the Yangtze River constitute a complex water system. This paper develops a one-dimensional (1-D) mathematical model for flood routing in the river network of the Jingjiang River and Dongting Lake using the explicit finite volume method. Based on observed data during the flood periods in 1996 and 1998, the model was calibrated and validated, and the results show that the model is effective and has high accuracy. In addition, the one-dimensional mathematical model for the river network and the horizontal two-dimensional (2-D) mathematical model for the Jingjiang flood diversion area were coupled to simulate the flood process in the Jingjiang River, Dongting Lake, and the Jingjiang flood diversion area. The calculated results of the coupled model are consistent with the practical processes. Meanwhile, the results show that the flood diversion has significant effects on the decrease of the peak water level at the Shashi and Chenjiawan hydrological stations near the flood diversion gates, and the effect is more obvious in the downstream than in the upstream.     

西江中上游型洪水影响下龙滩水库调度特性初探

为探讨龙滩水库对西江中上游型洪水的防洪削峰作用,选取"96·7"中上游型洪水作为典型洪水,拟定4种龙滩水库调度方案,采用率定和验证后的西江中游河网及梯级水库水动力数学模型,分别对典型洪水及频率为0.2%、1%和2%水文条件下的4种梯级水库调度方案进行了模拟计算和分析。结果显示,该水动力学模型能很好地模拟洪水特性参数的时间变化规律以及水库的运行调度过程;对于"96·7"典型中上游型洪水,由于红水河洪水较小,梧州断面流量以柳江来水为主,龙滩水库调度对梧州断面削峰效果有限;但针对中上游型不同频率的大洪水,采用提前启用龙滩水库的调度方案能有效削减梧州断面的洪峰值;其中,龙滩水库采用发电流量控泄的方案可以达到防洪和发电效益的统一。     

洪湖分蓄洪区启用对降低长江水位效果分析

运用一维、二维联算洪水演进模型,对长江干流螺山—汉口河段的洪水演进进行了模拟,分析了洪湖分蓄洪区的启用对该河段水位的影响,同时还模拟了洪湖分蓄洪区的洪水演进过程。计算结果表明,洪湖分蓄洪区的开启,能够有效地降低该河段的洪水位,从而减轻长江干流的防洪压力。计算结果可为洪湖分蓄洪区的合理启用提供科学的依据,为长江防洪调度提供参考。     

湖泊分蓄洪区洪水风险图编制探讨——以湖北武湖、涨渡湖为例

通过对湖北省武湖和涨渡湖分蓄洪区洪水风险图编制工作的总结,介绍了这2个分蓄洪区洪水风险图编制的范围、内容及方法,探讨了溃口洪水风险的影响因素,并分析了分蓄洪区特征参数可能存在的问题。结果表明此次复核的武湖分蓄洪区的容积和面积与《长江流域防洪规划》中的值基本一致,但涨渡湖的值却差别很大。另外,根据编制成果,无论长江干流扒口还是支流溃堤,武湖分蓄洪区的三里桥街和武湖街,涨渡湖分蓄洪区的双柳街、涨渡湖街和汪集街等地势低洼地区,洪水到达较快,受影响均较严重。但由于安全设施缺乏,安全避洪转移存在着一定困难,因此对避洪转移方案提出了新的思路,建议利用分蓄洪区内的高速公路进行人口的转移和临时安置。研究成果可为后续分蓄洪区的风险图编制提供参考。     

嫩江下游洪水演进及对洪泛区植被影响分析

为揭示嫩江下游洪水演进规律及对洪泛区植被的影响,利用MIKE FLOOD建立了嫩江江桥—大赉河段的一、二维水动力耦合模型,选取1998年与2013年汛期实测资料对河段糙率进行了率定与验证,并模拟了典型河段4种不同重现期洪水的演进过程。在此基础上基于2000—2019年MODIS卫星的MOD13Q1数据集,获取了不同洪水频率淹没范围内的植被指数(NDVI、EVI),评估了嫩江下游不同重现期洪水扰动对植被的影响。结果表明:模型在率定期与验证期的模拟效果符合甲级预报精度,模型模拟精度较高;不同重现期内的植被指数具有较强的季节变化规律,且洪水对植被具有明显的破坏作用,但这种破坏作用在嫩江流域周期性相对较短,表明该地区植被的可恢复性较强;同时受洪水频繁淹没程度影响,不同重现期的植被指数符合中度干扰假说。     

基于MIKE的杜家台洪道行洪能力研究

2005年、2011年杜家台2次洪道分流以最小损失换取最大安全,为汉江中小洪水调度模式提供新思路。针对杜家台工程现状特点,充分考虑现行预案调度运用,基于MIKE水动力软件,构建汉江、杜家台洪道及围垸的一、二维耦合数值模型,实现杜家台洪道行洪能力及效果分析。模拟结果表明,按照预案调度现状洪道分流,除新农垸及张沉湖垸堤顶高程不足外,可在汉口水位较高时基本实现安全行洪2 000~2 500 m³/s;汉江遭遇设计洪水时,优先利用洪道夹水入江的防洪效益十分显著。研究成果为完善杜家台分洪工程洪道运用模式及类似工程调度提供依据。     

山前小流域水文—水力学耦合洪水预报研究

为了提高受人类活动影响显著的小流域洪水预报精度,以浙江省杭州市东苕溪流域为研究对象,分别以半分布式新安江模型、平原区水文模型、分洪区水动力模型以及一维河网模型模拟山区、平原区、分洪区以及河道的洪水过程,在卡尔曼滤波实时校正技术的支持下,建立流域水文—水力学耦合预报模型。通过对1996年以来瓶窑站典型洪水进行率定和验证,表明该模型符合东苕溪预报的精度要求。在2012年"海葵"台风的实时预报应用中,该模型发挥了辅助决策的作用,可作为后期防汛决策的参考。