溃漫堤洪水多维耦联数值模型及应用

针对山洪沟防洪标准偏低、遭遇暴雨洪水时溃漫堤风险较大且较难准确预测的问题,开展洪水多维耦联数值模型研究.基于圣维南方程与VOF法的标准k-ε双方程原理,融合Abbott六点隐格式法、非结构化网格Roe格式的单元中心显式有限体积法与结构化网格PISO算法优势,系统构建溃漫堤洪水多维耦联数值仿真模型.以贺兰山汝箕沟为研究对象,模拟其遭遇百年一遇洪水时,沟道一维、溃口三维与淹没区域二维的多维水流动态耦合演进过程及影响情况.结果表明,溃漫堤洪水多维运动过程与流态模拟效果较好,所建多维洪水耦联数值模型计算精度较高,对多流态洪水动态耦合精确计算与淹没风险准确评估具有重要意义.

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。

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。

黄河宁夏段漫溃堤洪水耦合模型及风险评估

河道持续的高水位和长历时洪水增大了堤防漫溢及溃决的风险,溃堤洪水不确定性强,一旦溃堤,威胁巨大,因此开展溃漫堤洪水风险分析是防洪实时管理的必然要求。使用侧向链接构建了河道及保护区一维-二维耦合模型,综合考虑青铜峡水库的影响,更真实地模拟了黄河宁夏段下河沿至石嘴山河段100年一遇设计洪水下的溃漫堤洪水过程,同时基于GIS平台进行溃漫堤洪水灾情评估得到量化的洪灾损失指标,为经济建设者和洪水管理者制定合理的洪水预案提供参考。

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。

北京市大中型水库下游河道行洪能力分析——以怀柔水库为例

大中型水库在发生超标准洪水时,下游河道及两岸保护区会面临巨大的洪水风险。为保障河道行洪安全,需要对河道行洪能力进行分析,确定其过流能力及阻水建筑物对行洪的影响。以怀柔水库下游主河道怀河为例,利用一二维水动力模型,阐述了如何构建数值模型,设置合适的模拟方案并分析方案结果。结果显示了怀河的具体行洪能力,并针对怀河上阻水建筑物的影响做了进一步的研究,结果表明阻水建筑物会对河道水位及漫堤后的淹没范围造成不利影响,壅高水位并增大淹没面积,为保障行洪安全应尽量减少阻水建筑物,避免不利影响。

沁河高庄段洪水漫堤二维模拟

根据洪水传播和运动的特性,建立了适合沁河高庄段实际情况的二维数学模型.模型为非结构网格,采用单元中心的有限体积法求解控制水流运动的二维方程.应用此数学模拟方法模拟沁河高庄段洪水漫堤过程.确定了河道糙率,洪泛区选取不同糙率,用此二维模型对高庄河段100年一遇洪水进行模拟计算,得到洪水淹没范围及淹没水深和水流流速.高庄河段100年一遇洪水情况下的淹没深度、淹没面积和观测点淹没过程,可为风险分析和灾害损失评估提供参考依据.