永定河泛区洪水演进特性的数值模拟

为了研究洪水在永定河泛区的演进情况,依据水动力学原理建立了河道与泛区衔接计算的洪水演进数学模型,对永定河泛区进行了模型验证和百年一遇洪水过程的模拟计算。结果表明,验证模型的计算值与调查值吻合较好,由此依据该模型模拟结果,参照现行调度方案将泛区划分为6个区域,统计各区域不同水深范围的洪水体积;百年一遇洪水过程模拟结果表明,第350h泛区淹没面积达到最大值,最大水深超过2m,中下游区域内淹没历时长,水深较深,洪水来临时需尽快转移居民。     

基于Lattice Boltzmann方法的济南市城区暴雨洪水模型

为能够较好地模拟济南市遭遇强降雨时"南水北淹"的洪水运动特点,构建了一个既考虑淹没又考虑街巷洪水的城市雨洪模型,并在模型中的水动力学计算部分采用了Lattice Boltzmann方法。为判断模型精度,将模型的计算结果与该模型唯一控制站点小清河上黄台桥水文站的实测数据进行比较,并将重要道路上易受淹点的调查水深作为参考数据。结果表明,与实测数据和调查水深相比,该模型模拟结果较好,且由于在街巷洪水、河道汇流计算部分采用了Lattice Boltzmann方法,计算效率较传统的水动力学计算方法得到大幅提高。     

变化条件下河堤防洪能力复核分析研究

构建了一维河道洪水模型,基于历史洪水率定的河道糙率,模拟了发生设计标准洪水时河道中洪水演进过程,并采用不同方法推求的水面线校核了模拟结果的合理性,分析模拟了水位与确保水位及堤高数量关系,讨论了滩地糙率对洪水位的影响.实例结果表明,石佛寺水库下游河道个别断面堤不能满足设计标准洪水的过流要求,需进行堤防加高处理,滩地糙率对河道行洪水位影响较大.     

洪水预报误差在河道演算中的传递分析

考虑入流过程洪水预报误差的随机性,基于Nash汇流理论建立了河道洪水演算的随机模型,在预报误差近似独立且服从正态分布时,推导了出流过程的计算公式和方差函数,定义了洪水预报误差随机性的传递函数,分析了洪水预报误差的随机性在河道洪水演算过程中的传递特征。实例应用结果表明,上游入流的洪水预报误差经过河槽调蓄或经由Nash汇流模型演算后,其不确定性会大为降低。同时,根据建立的河道洪水演算随机模型,还可以确定出流过程的置信区间,从而为估计河道防洪控制断面可能出现的风险提供理论依据。     

标准Ⅱ型马蹄形断面正常水深和临界水深的简化计算

马蹄形断面几何形状复杂,正常水深和临界水深的计算需求解超越方程,计算比较麻烦。根据明渠均匀流理论和临界水深理论,研究了马蹄形断面正常水深和临界水深的一般计算方法,并引入无量纲参数和优化拟合理论,得到了标准Ⅱ型马蹄形断面正常水深和临界水深的简化计算公式,公式形式简单,计算方便,精度满足工程设计要求。     

基于扩散波和双向波的感潮河段水位演算研究

针对感潮河段水流情势复杂、不易获得河道地形资料的问题,考虑充分应用已有水位实测资料,采用扩散波和双向波方法建立感潮河段水位演算模型,扩散波方法以水位为研究对象,求解线性扩散波方程定解问题的解析解,双向波方法将洪水过程分解为上游洪水波和下游潮水波,分别应用水位演算方法将这两种波独立演算至计算断面,再将其演算结果进行线性叠加得到计算断面的水位过程.将上述两类模型应用于新沂河和楠溪江感潮河段水位演算中,模拟精度良好.     

MIKE11模型在河道溃堤洪水模拟中的应用

基于MIKE11模型结构和原理,将MIKE11模型应用于洪泉片(豫)防洪保护区洪水风险图编制项目中,模拟干流河道的溃堤洪水过程,从各频率间结果、溃口与河道断面过流能力、水量平衡和实测洪水模拟四个方面,验证模拟结果的合理性。结果表明,MIKE11模型能较好地模拟河道溃堤洪水过程。     

悬链线形渠道正常水深与临界水深的计算方法

基于悬链线形渠道断面几何特点,根据均匀流基本方程推导出了悬链线形渠道正常水深的直接计算公式,并根据临界流方程,通过适当的数学变换,得到了计算悬链线形渠道临界水深的无量纲关系式,从而获得了两种水深的计算方法。采用Matlab语言编程对某悬链线形渠道断面临界水深的计算结果表明,该计算方法简单、结果精确,便于在实际工程中推广应用。     

MIKE11模型在河道溃堤洪水模拟中的应用

基于MIKE11模型结构和原理，将MIKE11模型应用于洪泉片（豫）防洪保护区洪水风险图编制项目中，模拟干流河道的溃堤洪水过程，从各频率间结果、溃口与河道断面过流能力、水量平衡和实测洪水模拟四个方面，验证模拟结果的合理性。结果表明，MIKE11模型能较好地模拟河道溃堤洪水过程。     

中小河流洪水风险分析中的洪水演进计算研究

鉴于我国中小河流常因测站不足,缺乏实测水文资料,导致精细的设计洪水推求和洪水演进计算难以进行,进而影响河流洪水风险分析准确性的问题,采用推理公式分区组合的方法推求各断面设计洪水,并将其作为MIKE 11模型的输入洪水过程,进行河道内洪水演进模拟计算。以大连市复州河下游段为例,模拟计算了主河道设计洪水演进过程。结果表明,该方法可动态演示洪水演进过程,并能给出洪水风险分析的主要指标,与现场实测流量和洪痕水位相比,模拟精度良好,对中小河流洪水风险分析及防洪管理具有一定的参考和指导意义。     

西北内陆河流区间洪水设计计算方法比较分析

鉴于西北内陆河流进行区间设计洪水计算时所选方法对堤防工程设计安全性的影响,采用推理公式法、地区综合经验法、洪峰模数法计算了克孜河卡拉贝利站—卡甫卡站、卡浪沟吕克站卡甫卡站区间设计洪峰流量,并对比分析了三种方法的计算结果。结果表明,对于西北内陆河流,洪峰模数法计算结果相对更准确、合理,另外两种算法误差较大。     

一维—二维耦合的水库下游地区洪水演进数学模型及应用

针对水库下游地区河道洪水与漫堤洪水模拟需求,建立了一维—二维耦合的洪水演进数学模型。一维模型采用Pressimann格式离散求解,二维模型采用能够适应复杂几何形状和多种流态的Osher格式求解,一维—二维连接处采用堰流公式实现水流交互。应用该模型模拟白溪流域2015年"苏迪罗"台风实际洪水,可得到洪水在计算区域的演进过程和淹没情况。对比模拟结果与实际情况可知,该模型计算合理、准确,计算结果可为防汛部门防洪预案制定、防汛调度决策提供技术支撑。     

电力工程中溃堤洪水冲刷影响的简化判断方法

由于我国大多数河流堤防标准较低,工程中常需考虑溃堤洪水对临河线路杆塔的冲刷影响,但溃堤洪水冲刷计算公式参数较多、计算复杂,不利于工程现场对冲刷影响的快速判断。针对这种现状,基于溃堤洪水冲刷原理,总结出一套溃堤洪水冲刷影响的简化判断方法,通过简化相关计算条件,并以工程中常见的堤高及土壤粒径组合,计算出相应的冲刷影响值,并将结果制表、成图,工程技术人员现场踏勘时可根据堤高及土壤粒径条件快速定性判断溃堤洪水对线路工程的影响范围及深度,有助于输电线路工程跨河及沿河方案的选择。     

闸坝式水电站下游局部冲刷坑的计算方法

为准确评价闸坝式水电站下游局部冲刷问题,针对泄水闸结构、下泄水流特点及主河道地质条件,制作了巨亭水电站闸坝断面模型,并进行了4种泥沙粒径多种流量下的冲刷试验,分析了影响闸坝式水电站局部冲刷的主要影响因素,包括单宽流量、上下游水位差和泥沙粒径,拟合出局部冲刷坑深度和最深点距闸底板末端距离公式,并选取了另外4个工程的冲刷资料对公式的适用性进行了验证。结果表明,计算值与实测值吻合较好。     

斜护坦联合裙板消能工设计与试验验证

以多沙河流上某泄洪闸工程为例,基于斜护坦+裙板冲坑深度计算公式设计该泄洪闸下游消能工。试验验证表明,斜护坦和裙板设计基本合理,消除了水流顶冲和集中水流跌落现象,改善了河道冲淤形态,保证建筑物基础安全。分析河道冲淤形态及形成过程,发现拦河闸下游护坡需尽量与拦河闸同宽且顺应原河道走势,不宜束窄河床也不能过多扩散;限冲隔墙对保护河道长距离冲刷作用显著,但在水流集中的河段可能会引起水流跌落,淘刷隔墙基础;冲坑深度随来流量的增大逐渐加深,随下游水深的增加逐渐减小,两者相互制约,影响下游河道冲淤形态,可为类似工程设计提供参考。     

洪水扩散波实时水位预报模型及其算法

运用洪水扩散波理论建立了河道水水位实时预报模型，改进了Ｔ．Ｋ．Ｆｏｒｔｃａｃｎｅ时变遗忘因子最不二乘估计时变参数的递推算法，经淮河河段的洪水实时水模拟预报应用，表明所建立的模型和实时递推算法对于河道洪水水位短期预报是有效的。     

SWMM模型在感潮河网城市排水防涝计算中的应用

针对感潮河网城市地区产汇流特性,考虑河道排涝和管道排水的相互影响,采用SWMM模型对某研究区域内管渠系统进行概化。利用无因次潮位单位线法确定该区域沿江潮位过程,将区域防洪计算结果作为外河水位计算边界条件,输入经过同频率缩放的短历时设计暴雨过程,模拟计算了城市排水防涝过程。结果表明,水闸工程可有效控制各防洪分区的水位,河网水面率对防洪高水位具有一定的调节作用,管道排水和地面积水会因河道初始水位过高而受到影响。     

基于SW型向量分裂格式的钱塘江涌潮模拟

在有限体积法的框架下采用无结构网格,应用Steger-warming型的向量分裂格式求解黎曼初值问题的外法向数值通量,通过设置临界水深选取涨落潮期间曼宁系数模拟了钱塘江湖波的整体变形,并比较了沿程测点潮位数值计算与实测值.结果表明,该法可行、精度高、稳定性好,能较好地复演钱塘江潮位暴涨过程及涌潮的宏观特性.     

塔里木河流域乌斯满河段平面二维水沙数值模拟

由于新疆塔里木河流域乌斯满河段每年汛期泥沙含量及洪水流量均不相同,因此原型观测既耗时又耗力,针对该河段的泥沙特点,基于CCHE2D河流泥沙模型,对乌斯满河段汛期泥沙冲淤和河床变形问题进行二维数值模拟,首先在为期92d的汛期下对乌斯满河段泥沙形态进行数值模拟,提取W2断面泥沙形态计算结果与原型观测结果做比较从而率定泥沙参数;然后在后续28d的汛期,采用该模型对同河段进行数值模拟,得到W2和W5典型断面的水流水位、纵向水面线水位、河床泥沙淤积形态结果并与实测结果进行对比分析。结果表明,该模型计算的水流水位和河床冲淤形态与原型观测资料吻合较好,由此提取河床形变结果,通过模拟计算汛期河床冲淤深度及位置,可为该河段日后建立拦河枢纽工程及河道整治提供参考依据。     

二维溃坝洪水模型在西丽水库中的应用

为分析西丽水库主坝历次除险加固效果及坝体现状,假定一种可能出现的溃坝工况,选取经验公式计算此时的溃坝形式、溃口形态及流量过程,建立MIKE11水动力模型,由断面插值生成二维地形,并采用分段模型法,以溃口流量过程线作为上边界条件,以深圳湾P=0.5%(3.03m)极端高潮位过程线作为下边界条件,搭建二维洪水演进模型,计算得下游洪水淹没历时、水深及淹没范围,分析溃坝对大沙河流域所产生的风险,最后采用水量平衡法对模型结果进行验证。结果表明,所建模型计算结果可靠,能较好反映溃坝洪水运动特性,为西丽水库应急预案提供参考。