干湿水深理论在小流域山洪风险评估中的应用

在分析干湿水深理论的基础上,建立二维洪水淹没分析模型,然后以辽宁省东北部大凌河流域内某小流域为研究对象,对其进行山洪风险评估。研究表明:基于干湿水深理论的分析模型对小流域山洪风险进行评估具有良好的可适用性和精确性,评价结果与实际情况具有高度的一致性;相比传统的评估模型,其断面水位与实测水位之间的误差降低了0.65 m,研究流域径流量模拟值与实际值之间的相对误差减少了8.26%;该模型可最大限度地预测小流域山洪可能淹没的范围,并对洪水造成的经济损失及受影响人员情况给出定量的评估。

溃堤洪水分析的一、二维水动力耦合模型及应用

建立一、二维水动力耦合数学模型以模拟溃堤洪水的演进过程,其中一维模型采用Preissmann格式离散,二维模型利用基于非结构网格的Roe格式离散。将道路、灌渠等特殊边界概化为宽顶堰并作线性处理,利用非结构网格与特殊边界的耦联,建立具有真实地形的耦合模型,并采用干湿水深理论对模型进行优化。将模型应用于黄河青铜峡河西灌区溃堤洪水的模拟,较为真实地再现了洪水在计算区域内的演进过程与淹没范围,体现了道路、灌渠等特殊边界的阻水效果与桥涵的过水效果。

实时动态耦合模型及其在洪水风险图中的应用

将水力学的一维模型和二维模型实时动态耦合,可以解决溃堤、漫堤等洪水演进问题.但传统的一维和二维洪水演进模型通常是独立的模块,且模拟计算所花时间较长,结果也不够准确.把独立的一维和二维模型通过时间同步和空间耦合节点的对应关系,建立了一、二维实时动态耦合模型.利用干水深和湿水深理论,改进了传统的洪水演进模型.采用该模型模拟了谷堆圩蓄滞洪区的溃堤洪水演进情况,通过历史洪水对模型进行了验证,基于模拟结果绘制了规范的洪水风险图.结果表明:一、二维水动力实时动态耦合模型在模拟溃堤洪水时,模拟计算结果较传统的方法更为合理,且花费时间更少.

漫溃堤洪水联算全二维水动力模型及应用

为应对河道洪峰流量增大和漫溃堤长历时相伴发生的洪灾现象,借鉴全二维气相色谱理论提出全二维水动力模型概念,建立了模拟河道和灌区洪水演进的漫溃堤洪水联算全二维水动力模型,并采用Roe格式的近似Riemann解对界面通量进行数值求解。模型内通过漫溃堤堰流公式成功实现河道与灌区的耦联,考虑溃口展宽变化,加密处理河道网格,采用热启动与干湿水深理论对模型进行优化,并利用加大糙率法对村庄较为密集的地形进行优化处理,尽可能反应地面真实情况。将该模型应用于黄河宁蒙段河道与左右岸灌区的漫溃堤洪水演进模拟,计算结果合理可靠,流场分布均匀光滑,初步验证了模型的精度及可靠性,研究成果对河道溃决洪水的精细仿真模拟和该地区洪水风险分析决策具有重要意义。

溃堤洪水的二维水动力模型及其应用

为了减少堤防溃决造成重大的生命财产损失,加强防洪减灾非工程措施建设,建立了溃堤洪水的二维水动力模型,对溃堤洪水的精细化仿真模拟。该模型考虑了溃堤口门展宽变化,局部网格加密处理,并采用干湿水深理论与热启动技术对模型进行优化。将该模型应用于黄河内蒙段南岸灌区的溃堤洪水演进模拟,利用2008年杭锦旗奎素段实际溃堤数据对所建模型进行验证,结果表明:流场分布均匀且光滑,计算结果合理可靠,模型具有较高的计算精度及可靠性。采用该模型模拟了沙圪堵工程与奎素段堤防同时溃决的情形,并绘制了洪水风险图,为该地区防洪风险管理决策提供了重要的技术支持。

多源洪水耦合模型在防洪保护区洪水分析中的应用

针对防洪保护区单一洪水风险分析的不足,以一、二维非恒定流基本控制方程为理论基础,采用有限体积法对网格进行离散求解,建立溃堤洪水和暴雨多源洪水耦合的数学模型。在一、二维模型的链接处选用堰流公式实现河槽与保护区水流的实时交互,借助干湿水深理论对模型进行优化,利用遥感影像解译处理保护区内复杂地形条件下糙率对洪水演进的影响,概化处理区域内道路和过水涵洞对洪水的阻水或导水作用,并利用历史实测洪水资料进行模型验证。将验证后的模型应用于淮河干流凤台段防洪保护区多源洪水运动耦合模拟,分析了单一洪水与多源洪水对防洪保护区的损失比较结果,说明该区域受暴雨内涝影响较为严重。

考虑复杂河工建筑物的漫堤洪水一、二维水动力耦合模型

针对景观坝和过水路面等河工建筑物严重影响河道排洪泄洪问题,基于MIKE FLOOD平台构建漫堤洪水一、二维水动力耦合模型,模拟分析复杂河工建筑物壅水与漫溢洪水淹没演进过程。采用Abbott六点隐式格式和显式有限体积法分别离散求解一、二维水流运动方程,利用干湿水深理论优化模型运算效率,将河道内过水路面与景观坝作为宽顶堰概化处理,同步计算桥涵淹没出流。将模型应用于宁夏茹河(店洼水库至小河河口)河道跨河工程阻水效果及漫堤洪水的数值模拟。结果表明,模拟结果较真实地反映了河工建筑物对水流的阻碍效应及桥涵动态过流效果。研究成果可为宁夏茹河及其他类似河道的整治工程规划设计及风险评价提供参考。

改进的二维洪水淹没分析模型在小流域山洪风险评估中的应用

文章引入干湿水深理论对传统二维洪水淹没分析模型进行改进,提高了模型计算精度和稳定性,并将改进的二维洪水淹没分析模型用于辽宁东部小流域山洪风险评估计算中。研究结果表明:相比于传统模型,改进的二维洪水淹没分析模型在计算精度上得到明显改善,计算断面水位和实测断面水位之间的误差绝对值减少0.44m,流量误差相对值减少7.43%,且计算的区域淹没分析结果更为合理。模型可实现小流域山洪可能最大淹没范围,并定量评估洪水可影响的人员数量和造成的经济损失,研究成果可为小流域山洪风险评估提供方法参考。