一二维模型在湖泊水环境调度中的应用比较

以湖泊水环境调度为例,比较了一维模型、一二维耦合模型的构建方法及其在湖泊水环境调度中的应用。发现两种方法计算的调度流量、水位过程拟合程度较好;B湖引入A湖优质水资源,B湖北侧湖区Ⅲ类~Ⅳ类水体面积增加,一二维耦合模型的空间展示效果更为直观;计算全年湖泊的水量水质调度,一二维耦合模型用了34.3h,而一维模型仅用了5.8min。通过两种方法的比较分析,提出将两种方法结合使用,以A、B湖每月连通1次、每月连通2次为例,比较论证较优的调度方案,发现每月连通1次有利于改善B湖的水质。

基于一二维耦合模型下S型分汊河道的防洪安全影响分析

柳江流域河道水系发达,下游洛清江与江口小学汇入柳江,冲击形成S型河道。近些年由于不同工程的建设,加速了下游河床的演变。如何准确分析分叉河道下河床演变以及工程建设对柳江防洪的影响,是迫切需要解决的问题。以青洲柳江特大桥为例,采用一二维耦合的水动力学模型,对3个年份的地形整理,计算分析不同年份下的水位与流场,得出桥梁建设前后对河道行洪安全的影响。通过柳江特大桥方案分析,该方法可行,可作为分叉河道下防洪安全影响分析的方法。

基于一二维数值联解模型的袁河水质预测与评价研究

在环境影响评价工作中,经常会由于局域水文及水质参数的缺失,导致二维数学模型的建立缺乏合理边界条件。运用一二维数学模型进行联解,通过一维河网模型的运行计算得到二维水域的边界条件,从而推动二维水域模型的合理运行,选取COD_(Mn)、NH_(3)-N、TP等3项评价因子,对城东污水厂、高新区污水厂、电镀集控区污水处理厂现状及近远期规划排水方案下袁河水质进行预测模拟。结果显示,在不同工况下,各排口排污对水域污染物都产生一定量影响,但COD_(Mn)、NH_(3)-N、TP均未出现超标情况。

一二维耦合的水动力水质模型在闸汾河控河段的应用

为了研究受闸控河段的水动力特性及污染物运移规律,采用MIKE软件,建立汾河二坝水闸回水区二维模型与回水区上下游和潇河河段一维模型相耦合的水动力和水质数学模型。以汾河二坝蓄水位维持正常蓄水位的控制为前提,在汾河生态基流和典型洪水过程、A和B污水厂分别正常运行和非正常排污的四种情景下,模拟了闸控河段的水动力特性和COD浓度的迁移变化规律。计算结果表明:增大河道来流量有利于污染物快速排出,随着河道来流量的增加,污染范围也有所不同,生态基流下,污染物以团状缓慢下移;典型洪水下,污染物主要贴近河岸以带状快速下移。研究成果对汾河二坝回水区污染物预测和控制有一定的参考价值。

基于一二维耦合模型和水库调度的长江宜宾河段洪水遭遇与淹没分析

【目的】宜宾市地处金沙江与岷江汇合处,且有横江、南广河及其他重要支流汇入,因此洪水遭遇组合复杂,且受金沙江下游向家坝-溪洛渡等梯级水库调度影响明显,其水文水动力计算对下游各城镇河段防洪规划及减灾政策制定具有重要意义。【方法】通过构建一二维水动力学耦合数学模型,采用实测洪水验证的分析方法对长江宜宾河段(含重要支流汇入段)的洪水组合进行分析,选取了1961年、1966年两个典型年并对比有无金沙江下游梯级水库调洪的影响,计算各河段和沿岸城镇100 a、50 a及20 a一遇的洪水淹没。【结果】结果表明:(1)当发生超标洪水时,城区主要洪水漫溢淹没分布在宜宾的安边镇、柏溪街道,翠屏区西郊街道以及岷江菜坝镇飞机坝段。(2)不管是1961典型年(岷江为主要来水)还是1966典型年(金沙江为主要来水),岷江流域均受灾较重;其中西郊街道和大观楼街道的洪水主要受金沙江来水和岷江洪水顶托作用明显;岷江漫溢洪水为宜宾城区外洪的主要来源,岷江是宜宾市的防洪重点。【结论】结合防洪工程分布及现有堤防建设情况,菜坝镇飞机坝片区现有的20 a一遇洪水的堤防无法满足实际防洪标准需求;西郊街道滨江公园和备战码头,由于未形成防洪封闭圈,城区局部地区仍处于不设防状态;柏溪镇堤防防洪标准20 a一遇偏低,黑河(柏树溪)受到金沙江回水影响会造成柏溪镇严重洪灾。金沙江在向家坝水库的调蓄作用下,即使发生100 a或超过50 a一遇超标洪水,中心城区均不超过40 a一遇,宜宾城区受金沙江洪水影响相对较小,受岷江回水影响较大。

一二维耦合温度模型在三峡水库水温中的应用研究

采用一二维耦合模型来研究三峡水库水温分布。以垂向一维模型计算结果作入口边界条件,对库首50km区域采用立面二维k-ε水温模型进行预测。结果显示:三峡水库在4～6月可能存在较为明显的温度分层,下泄水温出现滞温现象。耦合模型由于一、二维计算连接中带入的误差尚无法定量分析,需取得实测资料后做进一步的研究。

基于一二维水动力模型的山丘区小流域洪水模拟与淹没分析

我国东南沿海山丘区小流域降水充沛,山洪灾害频发。为科学指导山丘区小流域防洪减灾,以浙江省松阴溪流域遂昌县城为研究区域,构建一二维耦合水动力模型,通过"20140820"、"19930624"两场历史洪水对模型参数率定验证,模拟不同重现期设计洪水情景下的洪水淹没过程,为山丘区小流域防洪决策提出合理建议。

一二维耦合水利枢纽施工导截流模型

施工导截流是水利水电工程施工过程中关键的控制性工程,对施工工期、造价及安全都有着极其重要的意义。文章利用节点耦合的质量及动量守恒方法建立了一二维耦合有限体积施工导截流模型。为了验证耦合模型精度,将一二维耦合模型计算水位、流速及流量值与物理模型试验数据进行对比,模型计算结果与实验数据吻合良好。然后,将该耦合模型应用于水利枢纽导截流工程,对施工导流过程中河道及泄流低孔内水位及流速变化进行了模拟分析。该一二维耦合模型适用于实际水利枢纽导截流工程流场及相关水利参数模拟计算,为类似导截流工程的流场计算及设计施工提供了一种新的有效工具。

基于水动力模型与风险指标体系的丘陵区中小流域洪水风险分析

中小流域常处于山区丘陵等复杂地形,地形破碎、居民点分散,在研究其洪水风险时,采用传统方法构建区域整体模型工作量大、计算时间长,因此亟需进一步优化现有模型构建方法。以地处浙江西部丘陵山区的建德市为例,通过构建一维水动力模型得到区域多种洪水要素,结合洪水风险指标体系定位区域重点风险点位,对重点区域构建一二维耦合模型精细化评估洪水风险。结果表明,采用先找薄弱环节再构造重点区域精细化模型的方法评估洪水风险,减少建德市建模面积约61%,大幅提高了模型计算效率;构建的一二维耦合模型具有较高的精度,河道洪峰水位误差低于0.2 m,空间淹没范围与调查结果基本一致;识别的区域防洪薄弱区域为梅城镇、三河村和大洋镇,其中梅城镇洪灾风险最高,三河村居民区被淹没比例最高,大洋镇淹没农田面积最大,这些区域防洪工程和应急抢险能力亟待提升。研究结果可为类似地区的洪水风险分析具有参考价值。

洪水与风暴潮共同作用下的溃堤洪水一维、二维耦合模型及应用

为了解决复杂条件下河道洪水漫堤、溃堤和潮水倒灌的问题,建立了在洪水和风暴潮共同作用下的天然河道漫溃堤洪水在防洪保护区的一二维水动力耦合模型。在兼顾计算效率和精度的基础上,分区剖分网格,设置合理的网格面积;根据植被和地物的不同,分区设置糙率;通过宽顶堰的方式将河道一维模型和防洪保护区二维模型进行侧向耦合;采用基于侵蚀的渐变溃破坏方式模拟河道溃堤过程,实现了河道上游发生洪水和下游遭遇外海风暴潮的复杂情况下精细化模拟。实例研究表明,所建模型可灵活处理复杂多变的水力条件,模拟结果合理可靠,可为防汛部门制定决策提供有力的科学依据。

南水北调中线工程输水建筑物整流累积效应研究

为分析输水建筑物整流对南水北调中线工程输水能力的影响,以陶岔渠首闸至十二里河渡槽渠段为例,建立一二维耦合水动力模型,其中渠道段采用一维模型,4个输水建筑物段(刁河渡槽、湍河渡槽、严陵河渡槽和淇河倒虹吸)采用二维模型,利用多年实测数据对耦合模型进行率定。分别对无整流方案和15种整流方案进行模拟计算,分析不同整流方案对上下游的影响,进而确定水头损失最小的整流方案。结果表明:单体整流影响范围为建筑物上下游3~5 km,多个建筑物整流的累积效果小于单个建筑物整流效果的线性叠加;对渠段中间2个输水建筑物(湍河渡槽、严陵河渡槽)进行整流的效果优于对上下游2个输水建筑物(刁河渡槽、淇河倒虹吸)进行整流的效果。

献县泛区洪水演进数学模型研究

为研究献县泛区的洪水演进情况,以一二维非恒定流方程为控制方程,运用有限体积法进行离散,结合献县泛区地形资料及滹沱河流域的水文资料,建立了一二维耦合的洪水演进数学模型。采用滹沱河现状行洪能力下的实测水位对模型进行验证,结果基本吻合。在10、20、50 a重现期洪水来水情况下进行模拟计算,得到了不同口门相应的启用时间以及河道主要断面的水位过程图;比较了在不同洪水情况下,河道主要位置的堤高与相应洪水高水位以及泛区水位达到最大值的时间。结果表明:随着重现期的不断变大,河道主要位置的水位都有明显升高,而且在20 a以上重现期下姚庄下游的河道水位逐渐高于河堤,出现漫堤情况。研究成果可为下一步防洪决策提供依据。

基于复杂高密度管网结构优化技术的银川城区排水过程高效模拟方法

为高效高精度模拟大尺度城区的排水过程,掌握城市地表径流机制和管网排水规律,以银川市约310 km^(2)的城区为研究区域,应用耦合地表径流及城市地下管网排水过程的GAST模型,结合当地污水处理厂、管网、地形和土地利用等特征,基于普适性的数字地形高程DEM数据处理、土地利用类型划分、合流制排水管网和污水处理厂概化等技术,提出了一种基于复杂高密度管网结构优化技术的城区排水过程高效模拟方法。采用理想地形和实际地形对该方法模拟的精度和效率进行了验证,结果表明:对一级支管做删除概化处理对实际的管网排水过程模拟结果影响较小,20.46 km^(2)区域内一二维耦合节点数可削减27.8%,模型计算效率提高12.18%,且研究区域越大,计算效率提升越明显;模拟结果与实测值误差在6%以内,在保证模拟精度的同时大幅提高了计算效率。

基于IFMS的青衣江洪雅县城区段洪水风险分析

以眉山市洪雅县城区作为研究区域,利用IFMS软件构建青衣江洪雅段一二维耦合水动力模型,研究不同重现期下的洪水对洪雅县城区的淹没影响.采用青衣江洪雅水文站的设计洪水成果及2020年青衣江8月16日到8月18日实测洪水过程率定模型参数,并结合现状堤防情况验证模型计算结果的合理性.分析计算结果表明,洪雅县城区段在遭遇20年一遇重现期以下洪水时,具有较好的防御能力;在遭遇20年一遇重现期以上洪水时,城区将遭受不同程度淹没影响,对人民群众生命财产安全威胁较大.为了进一步减少灾害损失,同时提高区域整体的防洪减灾能力,因此需要在采取工程措施保障的基础上兼顾进行非工程措施的研究.

GAST-SWMM耦合数值模型在大尺度城区致涝风险评估中的应用

开展城区暴雨致涝风险评估对内涝整治及城市安全发展至关重要,以银川市310 km^(2)主城区为例,建立基于GPU加速技术的城市地表积涝及地下管网排水过程的GAST-SWMM高效高分辨率耦合模型。通过实测内涝积水点信息对模型进行验证,分别模拟20年和30年一遇24 h长历时暴雨条件下研究区域规划前后的内涝区位及风险等级,并分析其内涝削减情况,绘制内涝风险图。结果表明:与实测值相比,模型模拟误差<6%,具有较高的模拟精度;规划后与规划前相比,积水面积峰值削减率的平均值分别达到41.6%和45.03%,积水水深峰值削减率的平均值分别达到51.74%和56.05%,且高风险积水点全部降低为中风险与低风险。耦合数值模型在大尺度城区暴雨致涝风险评估中应用效果较好,研究结果对银川市暴雨易涝点防治及消除具有重要的参考价值。

秦皇岛河流-海岸水动力和水质耦合模拟分析

基于MIKE FLOOD建立秦皇岛入海河流及其近岸海域一维、二维耦合河流-海岸水动力和水质模型,研究了秦皇岛海域和入海河流的水动力和污染物分布规律。结果表明:(1)海域潮流为半日潮,其中石河口南北支入海口流速变化过程差别较大,但水位变化过程基本一致;(2)整体上河流入海口化学需氧量(COD)与流速呈正相关关系;(3)COD在近岸海域的扩散方向与涨落潮潮流方向一致,各入海河口海域落潮流期间的COD高于涨潮流。如上结论为赤潮爆发机理和应急处置研究提供科学依据和技术支持。

长江澄通河段通州沙西水道整治工程对分流比影响研究

为增加长江澄通河段沿江深水岸线资源,拟进行通州沙西水道整治工程,主要包括边滩圈围工程、洲头潜堤工程、西水道疏浚工程。利用一二维耦合潮流数学模型,模拟计算不同整治方案实施前后的汊道分流比,分析研究工程对通州沙河段的影响。研究结果表明:边滩圈围和潜堤工程、西水道航道疏浚工程、上游径流条件等都将影响通州沙西水道的分流比;仅仅实施边滩圈围和潜堤工程,将减少西水道分流比,而疏浚工程将使西水道分流比有所增加;整治工程实施后,通州沙河段分流比的改变程度主要取决于西水道的疏浚深度,因此,为维持该河段河势稳定应慎重选择西水道的疏浚尺度。

城市排水小区海绵改造效果模拟与评估研究

排水效果评估是海绵城市建设的必要环节,城市雨洪模型则是评估工作的重要支撑工具。以北京市某小区为例,基于一二维耦合的城市雨洪模型构建了研究区域精细化排水模型,模拟分析了海绵化改造方案实施前后小区降雨径流、排水和地表积水等要素的变化情况。结果表明构建的排水模型可以较好地反映小区排水现状,拟定的排水系统海绵化升级改造方案可以有效地改善研究区域的排水情况,管网溢流和地表积水情况明显减少。研究结果可为排水小区管网水力状况数值分析及海绵城市建设与管理提供一定的技术参考。

滨海平原感潮河网及湖泊地区排涝闸门规模研究

文章以辽东湾新区水系排涝规划为例,对研究区域内的河网和湖泊分别建立一二维水动力数学模型,并对两者进行耦合发挥各自特色和优势,针对不同排涝闸门尺寸设计方案进行模拟对比,分析计算结果,得出排涝闸门的合理规模和上游节点控制水位,可为区域工程布局提供技术支撑。

支流洪水组合对干流区域的致灾影响模拟分析

为了探究不同支流洪水组合对干流区域的致灾影响,构建了一二维耦合水动力模型并进行验证.采用耦合模型分别对理想Y型流域和宁波市海曙区三江口区域进行建模,模拟了不同峰现时差的支流洪水过程,选取了干流洪峰流量、积水量、淹没面积、最大淹没水深和最大漫出距离5个指标来反映洪水在干流区域的致灾情况.研究结果表明:(1)所构建的一二维耦合模型可以较好地反映一维河道和二维地表的水量交换过程;(2)在理想算例中,随着支流洪水峰现时差的增加,洪水对干流区域的致灾情况明显减轻,所选取的5个指标分别削减了1.52%~22.34%、5.70%~75.48%、8.49%~97.60%、1.88%~36.45%和2.03%~37.56%;(3)随着余姚江和奉化江洪水峰现时差的增加,甬江区域受洪水的影响明显下降,所选取的5个指标分别削减了10.03%~21.47%、52.28%~94.16%、56.05%~97.55%、11.69%~28.46%和29.21%~76.64%.以期该研究为平原河网区域的防洪工作开展提供参考.