溃坝洪水演进一维水动力模型

中国是受洪水灾害影响最严重的国家之一。洪水数值模型可准确地反映洪水的演进与致灾过程。本研究针对天然河道洪水过程存在的尺度大、水流流态复杂、河道断面形式多变以及计算建模困难等问题,提出一套基于Godunov格式的有限体积法离散圣维南方程组的一维水动力模型,并采用求解复杂断面水力要素之间关系的方法,提高了一维水动力模型求解的精度与效率,精确地反映了复杂断面河道的水流运动特性。将模型模拟得到的数值解与算例中的解析解或实测数据进行对比,结果表明:(1)构建的一维水动力模型模拟结果与理想算例解析解及实验实测数据吻合程度均较高,所有算例的E NS均大于0.5,说明模型具有良好的稳定性和适应性;(2)将模型应用至金沙江白格堰塞湖溃坝洪水算例中,模拟得到的流量峰值及整体洪水过程均与实测过程吻合较好,在叶巴滩和苏洼龙两个测点处E NS分别为0.633和0.812,证明了模型在实际应用中的适用性与可靠性。结果表明,开发的一维水动力模型对溃坝洪水等水流流态复杂、突发性强的洪水过程具有良好的模拟效果。本研究可为河道及溃坝洪水风险的初步、快速评估等工作提供有效的模拟支撑。

桥渡壅水对河道水位流场影响二维数值模拟

采用Simple算法建立了一套河道平面二维水流数学模型。针对桥渡壅水问题 ,提出了两项措施来进行桥墩的概化 :①局部地形修正 ,主要通过增加桥墩所在节点的河底高程来反映桥墩对河道过水面积的压缩效果 ;②局部糙率修正 ,主要通过加糙来反映桥墩的阻水作用。通过对工程问题的计算验证其效果 ,选取赣江神岗山—井冈山拟建的阳明大桥长约 7.5km的河段作为计算河段。地形采用 2 0 0 0年实测河道地形图。计算网格采用边界层坐标系下河道拟贴体正交网格。网格节点数为 73× 70个 ,计算结果较好地反映了建桥前后桥墩附近水位流场的变化情况 ,说明桥墩概化较为合理。

钱塘江河口过江隧道河段极端洪水冲刷深度的预测

钱塘江河口为强冲积性河口,在洪潮水流共同作用下河床冲淤剧烈,极端洪水条件下河床的冲刷深度是过江隧道工程的关键问题之一。基于河床演变分析、动床数值模拟和动床物理模型等研究手段,建立了钱塘江河口过江隧道河段洪水冲刷深度的预测模型,分别经钱塘江河口的典型实测地形、水流泥沙及河床冲淤等实测资料进行验证。在此基础上预测了某过江隧道河段在极端洪水作用下河床最大冲刷深度,三种研究方法所得的结果定性定量基本合理,且与后来地质详勘的沉积分析成果基本一致,进一步表明了预测模型的可靠性,预测的最大冲刷深度可为过江隧道的合理埋设提供科学依据。

长江口北槽潮波传播变化特征研究

长江口深水航道治理工程实施后,北槽河势发生了巨大变化,北槽河床形态、水深的变化必将影响长江口潮波传播。为研究长江口潮波传播的变化,利用非结构网格FVM方法建立了大通至外海的大范围数学模型,研究长江口深水航道治理工程各分期工程对潮波传播的影响。研究表明:长江口深水航道治理一期工程因工程量相对较小,工程实施后,北槽潮波变化相对较小;二期工程后北槽潮波能量损失较大,高潮位略有抬升,低潮位大幅度抬升;三期工程后,潮波变化与二期工程基本一致。北槽导堤工程引起的潮波能量损失较小,丁坝工程致使潮波能量损失较大。

葛洲坝工程对坝下游河道行洪影响的计算分析

本文建立了河道洪水一维非恒定流数学模型，进行了坝下游宜昌—监利河段“８１７”洪水复演计算，验证结果较好．应用该数学模型，还进行了该坝下游河段的行洪对比计算，初步论证了葛洲坝工程对坝下游河道行洪水位、洪峰流量、河道槽蓄特性的影响．

长江与汉江两江洪水演进数学模型研究

基于汉江与长江两江洪水演进特点,建立了两江洪水演进数学模型。将计算河段分为4段,即汉江下游皇庄至汉江河口、长江螺山到汉江口、汉江汇合口到汉口水文断面以及东荆河,对汉江与长江汇合点,采用水力学中的汇流计算方法。采用实测资料对模型进行率定与验证,计算结果与实测资料吻合较好,表明本模型能较好地反映长江与汉江两江真实的物理过程,模型有较好的实用价值,可为该区域防洪调度及决策提供参考依据。

高压输电线路跨越河流对防洪的影响评价

输电线路有时不可避免地要跨越河流和穿越湖泊、蓄滞洪区等。《中华人民共和国防洪法》规定:建设跨河工程设施,应当符合防洪标准、岸线规划、航运要求和其他技术要求,不得危害堤防安全,影响河势稳定、妨碍行洪畅通。因此,需对输电线路跨越河流时的防洪安全影响因素进行分析研究。对湖北赤壁附近拟建某跨江输电线路,主要从两个方面对河道中建塔对防洪安全影响进行了研究:①输电线路的修建对河道行洪、河势以及防洪工程的影响;②河道演变以及行洪对输电线路工程自身安全的影响。结果表明:河道中修建的输电线塔对河道的过流断面、行泄没有大的影响;受洪水冲刷影响,河道中输电线塔塔基的冲刷深度分别为3.95 m和3.22 m,应采用适当的防护措施。

闸上河道规模对行洪影响分析

闸坝工程建设后往往会抬高上游河道洪水位,对两岸的防洪不利,因此需要采取应对措施以抵消其不利影响。以某工程建设拦河闸枢纽为例,采用平面二维数学模型,对两种方案沿程洪水位变化、影响范围以及洪水过程线的变化进行了分析。研究表明:拦河闸闸上河道规模扩大后,库区上游500~1000 m左右水位较常规方案有所抬高,但是幅度不大,库区上游1 km以外4~8 km范围内水位较常规方案大幅度降低,防洪效益明显。上游通过扩大闸前河道规模的方法,可达到既满足供水要求又能降低上游洪水位的目的。研究成果可供类似工程参考应用。

名山桥建桥河流壅水防洪影响研究

以拟建的缙云好溪名山桥为例,利用验证的船埠头大桥河流数学模型,对大桥建设后对河道防洪的影响和局部冲刷进行了技术分析,根据计算条件得到20年一遇洪水最大壅水高度为0.18m,壅水最大影响向上游在240m,对建桥引起的水位壅高和防洪能力降低,宜采取堤防加高加固方法,以满足防洪规划的要求.

城市河道渠化方案探讨——以兰州市黄河段为例

以兰州市为例研究黄河兰州段河道渠化整治方案与泄洪等的关系。在对河道地形、河相关系、造床流量及河床演变规律分析的基础上 ,提出了切实可行的整治宽度 2 40m、泄洪宽度 30 0m及相关建议 ,并进行了物理模型试验和数值计算 ,实验与计算基本吻合。该方案的实施不但可满足泄洪的要求而且并未引起水位、流速及河床断面地形较大幅度的变化。

金沙江“10·10”白格堰塞湖溃坝洪水反演分析

准确预测堰塞湖溃坝洪水流量过程在堰塞湖应急抢险过程中极其重要。以白格堰塞湖下游水文站实测的洪水过程为依据,通过DB-IWHR溃坝洪水分析程序和GST洪水演进模型,分别采用不同冲刷侵蚀参数对"10·10"白格堰塞湖漫顶自然泄流过程进行了反演分析。结果发现:冲刷参数a=1.100 0、b=0.000 6时,叶巴滩、拉哇水文站模拟结果与实测流量结果最为接近。由此判断"10·10"白格堰塞湖溃决洪峰流量为10 882.78 m^3/s,溃决历时6.2 h到达洪峰流量,最终溃口水面宽度为99.66 m。运用DB-IWHR溃坝洪水分析程序结合基于GPU加速技术的GST洪水演进模型,计算效率得以大大提高,可以在应急抢险工作中实现快速、精准的预测。

南水北调中线小南河串流片防洪水位计算

传统的多河流串流计算主要采用水库联调的方法,把串流的各条河流概化为静态水库,库水位水平且不考虑横向流动。为解决串流区水流的横向流动及水面线并不总像库水位一样水平的问题,采用二维非恒定流数学模型计算串流区洪水演进。通过概化地形、考虑入流、糙率、边界条件和水流的横向流动等因素,计算出了整个串流区域的水面线、水深、流速、出流等水力要素,并给出洪水演进模拟图,为确定河流与总干渠交叉建筑物的规模、总干渠左岸沿线水面线和对沿线村庄、农田的防洪影响提供了可靠的依据。