永定河泛区洪水调度数值模拟

提出了具有旁侧出流的河网独立计算的一、二维多口门嵌套衔接模式,建立了一维河道嵌套于平面二维永定河泛区洪水演进水流数学模型.结合历史调查洪水资料对永定河泛区洪水演进进行了模型验证,二者结果基本吻合.应用该模型对永定河泛区洪水调度方案进行了模拟,先后模拟了无机场、机场近期建设后和远期建设后3种工况下的洪水演进过程.分析对比机场建设前后各分洪区洪水位、滞洪量、淹没范围的变化.模拟结果显示,各分洪口门启用时间稍微提前,机场建设区寺垡辛庄口门启用次序稍有变化,水位的雍高、分洪量的增量、淹没范围的变化对泛区洪水调度方案影响较小,表明了机场建设的可行性.该研究为淹没区的洪灾损失评估及相应的防洪调度方案修订提供了必要的参数和依据.     

复杂河网中洪水演进二维数值仿真及其应用

为了模拟复杂河网中分洪后水流在较大平面范围内的流动情况，在考虑河床、进出口和动边界等复杂边界条件下，建立了二维洪水演进数学模型，并采用交替方向隐式(ADI)法进行离散和求解．结合流域实时洪水调度仿真系统的总体框架和调用，建立了模拟洪水在蓄滞洪区内任意位置的水位、流速、淹没水深、历时等演进过程的二维洪水演进数值仿真系统．该系统对永定河分洪区进行了二维洪水实时演进模拟，并结合大清河实测资料进行了模型合理性分析，结果表明，该系统能够适应复杂的边界条件，可为复杂河网实时洪水预报计算和实时洪水调度提供支持。     

蓄滞洪区洪水演进一、二维数值仿真及其在洼淀联合调度中的应用

为了实现蓄滞洪区内各洼淀实时洪水调度,考虑到蓄滞洪区内复杂河网与洼淀交错的情况,建立了河道、滞洪区联合计算的一、二维衔接洪水演进数学模型,在考虑铁路、公路、堤防及桥涵等阻水建筑物等复杂边界条件下,采用有限体积法进行离散和求解。结合蓄滞洪区实时洪水调度仿真系统的总体框架,建立了模拟洪水在蓄滞洪区内任意位置的水位、流速、淹没水深、历时等演进过程的一、二维洪水演进数值仿真系统。结合大清河实测资料对东淀滞洪区洪水演进进行了模型验证,结果基本吻合,并应用该系统对大清河滞洪区五洼联合调度方案进行了实时模拟,分析了洼淀联合调度下出现的倒淀现象,对不同方案进行了比较分析,实现了实时的洪水调度分析。     

基于MIKE FLOOD的荆江分洪区洪水演进数值模拟

以荆江分洪区为研究对象,依据长江荆江河段水文气象条件,运用MIKE FLOOD建立了长江枝城-监利河段一维河网模型、荆江分洪区二维水动力学模型以及河网与分洪区一、二维耦合计算模型,模拟了不同频率设计洪水条件下分洪区因堤防溃决而被动分洪的情形,分析了数种风险要素及可能遭灾的地区及受灾程度.结果表明,模型能较好模拟荆江分洪区内洪水演进过程,能较好地预测洪水致灾情况并指出危险区域,可为荆江分洪区的洪水风险管理和避洪转移工作提供科学依据.     

基于GIS的洪水淹没场景三维可视化研究

通过对研究目标的可视化需求分析,对研究区域开展了包括流域三维地形仿真、洪水演进模拟的三维可视化研究,揭示洪水的运动规律.以GIS技术为基础,基于二维浅水方程,采用有限体积法,建立洪水演进数学模型,并将其制成动态链接库,通过编程调用该库实现洪水淹没分析功能,计算出给定水位下的洪水淹没面积和水量;采用面向对象的编程语言C#,结合ArcEngine组件库,开发了黄河东平湖洪水淹没场景三维可视化系统,并成功应用于东平湖蓄滞洪区的洪水计算中.     

团泊洼-沙井子行洪道洪水演进数学模型的研究与应用

以二维非恒定流基本控制方程为理论基础,采用有限体积法,建立了洪水演进数学模型.根据团泊洼蓄滞洪区的实际地形、地貌,采用该模型模拟了"56"型洪水分洪流量过程,对水量、最大流量和淹没水位进行了验证,其结果与设计结果吻合较好.应用该模型对团泊洼安全区塔基建设工程前后进行了洪水演进模拟,并通过构建塔基局部加密模型,分析了塔基建设前后对局部行洪、附近水深、流速的影响,为蓄滞洪区的工程建设提供了研究依据.     

小清河滞洪区洪水演进数学模型的研究

随着我国经济的发展,蓄滞洪区的开发和建设越来越受到人们的关注,对滞洪区进行洪水演进数值模拟研究非常必要.本文采用有限体积法建立了二维洪水演进数学模型,并对洪水演进的水量平衡计算模式进行改进,提出单元水量出流修正法,消除了有限体积法单元体内出现负水深,产生虚假流动的现象.将该研究成果应用于小清河滞洪区洪水演进的数值模拟,采用实测资料,对小清河滞洪区50年一遇洪水演进进行验证和模拟,从而得到泛区内洪水形势及淹没情况,为滞洪区分洪调度提供理论指导.     

基于地理信息系统技术的溃坝洪水三维可视化研究

提出了一种基于三维地理信息系统（Three Dimensional Geographic Information System,3D-GIS）和虚拟现实技术的洪水演进可视化仿真的原理和方法,给出了根据二维浅水方程的数值计算结果构建洪水演进可视化模型的具体过程,讨论了3D-GIS洪水演进可视化实现的关键技术.最后,设计并实现了一个包含洪水演进可视化功能的完整的决策支持系统,能为防洪和减灾提供直观的图像信息,并且该系统成功地应用在实际生活中的相关部门.     

基于GIS栅格数据的洪水风险动态模拟模型及其应用

以GIS栅格数据为基础,建立了二维水动力洪水动态演进模型．以湖北省荆江分洪区为实验区,在数字地形模型和Landsat ETM遥感影像等数据的基础上,根据分洪区1954年分洪情况和规划运用设计,模拟了不同分洪方案下的洪水淹没范围、水深和相应的洪水淹没地物面积及其可能损失等．模拟结果表明,基于GIS栅格数据的洪水淹没风险模拟模型,可以对长江流域分洪区运用预案的制订、土地利用的规划及洪水科学管理提供定量的科学依据．     

黄河中下游水库-河道-滩区水沙模拟系统的构建与应用

库区减淤和坝下游河道防洪是黄河中下游洪水管理需要统筹考虑的目标,为此建立了能够实现库区、下游河道和滩区联合模拟的水沙模拟系统.该系统由一维水库、一维河道、二维滩区3个子模型和水库调度模块组成.其中水库模型通过浑水明流与异重流控制方程的交替求解模拟异重流的形成、传播与出库过程.模拟系统中采用的控制方程充分考虑了水沙输移与河床变形之间的耦合作用,数值方法主要采用了具有激波捕捉能力的有限体积法,水库调度模块可以对多种调度模式自定义组合.模拟系统给出的2012年黄河调水调沙过程中小浪底库区水位变化,异重流演进,下游水文断面含沙量变化等计算结果与实测过程符合较好.通过坝下游一维河道模型和二维滩区模型的联合模拟,分析了兰考东明滩区漫滩洪水过程中植被阻力对演进速度和冲淤分布的影响.最后采用该系统模拟了小浪底水库运用条件下"1958"型洪水的演进过程,在防洪调度规则下小浪底水库最大下泄流量约9 000m~3/s,花园口洪峰流量削减了3 982m~3/s,库区及坝下游累计淤积量分别为3. 68×10~8t和1. 33×10~8t.因此该模拟系统可以为黄河中游水库优化调度,下游河道防洪工程建设以及蓄滞洪区运用提供科学依据.     

河道、滞洪区洪水演进数学模型

采用有限体积法建立了适应河道、滞洪区复杂情况的洪水演进一、二维衔接数学模型构造了适合河道洪水计算的一、二维河道型网格和滞洪区二维地面型网格,网格具有多点、多面,既镶嵌又衔接的特点阻水建筑物对洪水演进速度影响较大,所以,将其模化成特殊通道,提出了洪水演进过程中渗流所造成的水体损失的计算模式．将该模型应用于大清河滞洪区,讨论了洪水边界条件,确定了模型糙率,率定了模型渗流参数．结合大清河“96．8实测洪水资料”进行了洪水演进数值模拟,分别对河道的水位、流量和滞洪区来水时间进行了模型验证,验证结果基本吻合．     

二维溃坝洪水波演进的数值模拟及动态显示

采用基于MacCormack预测—校正技术的隐式数值格式求解控制水流运动的二维浅水方程，建立了模拟大坝瞬间全溃或局部溃倒所致的洪水演进过程的数学模型；应用该模型对矩形明渠中缓、急流过渡的水面曲线进行了数值计算，并与理论解进行了比较；最后用该模型预测了矩形河道中大坝瞬间局部溃倒的洪水演进过程，并对模拟结果进行了定性分析。比较与分析结果表明，该模型对模拟溃坝洪水波很有效。     

太浦闸洪水风险图编制中溃闸洪水计算分析

考虑到同步模拟太浦闸溃决和洪水演进的困难以及洪水风险信息管理系统可视化和数据调用的效率,对太浦闸溃决处的洪水演变过程由水量平衡原理进行概化模型计算,然后通过一维水动力模型计算得太浦闸溃闸后太浦河堤防3处易溃堤处同时溃决的流量过程作为二维水动力模型的边界条件来模拟洪水在泛洪区的演进.研究结果表明:太湖与太浦河河道之间的概...     

二维溃坝问题的高分辨率数值模拟

对二维浅水方程空间方向的差分分裂,引入ＭＵＳＣＬ型的两参数限量函数,采用组合型的二阶ＴＶＤ格式,建立了浅水方程的高分辨率计算模型．以Ｆｒａｃｃｒｏｌｌｏ 等的部分溃坝实验模型为物理模型,模拟了该模型长历时的溃坝洪水演进过程,给出了典型位置的水位和速度计算并与其实验结果的比较．研究表明,在间断波附近,没有产生数值振荡,数值结果与实验数据相比除溃坝初期在口门附近的水位存在一定的差异外,其余位置和时刻吻合较好,特别是计算速度与实验测定值吻合更好．应用二维浅水方程和本文的高分辨率数值方法能有效地模拟溃坝波的演进过程．     

渝河(隆德段)洪水数值模拟研究

本文以渝河流域(隆德段)洪水为研究对象,通过建立一维-二维水动力耦合模型对渝河流域的洪水水深、流速进行模拟,同时广泛收集该流域洪水资料,计算洪水在不同水位的淹没面积,根据不同时刻洪水的淹没情况绘制洪水淹没图,直观呈现洪水的发展过程,据此进行不同频率条件下的渝河流域洪水演进及流量过程的动态演示.模拟结果表明：一维、二维水动力学模型主要解决的水流问题侧重点不同,将两种模型进行耦合可以避免单一模型对空间分辨率要求较高的问题,提高了单一模型的计算精度,能够较为客观评估河道洪水风险,可为河道防汛预警决策提供技术支撑.     

河道洪水演进的二维水流数学模型

提出了河道洪水演进二维水流数学模型的计算模拟方法,考虑了上,下游洪水边界的控制条件及糙率随河道流量变化的调查并与采用不同尺度流、波分离方法得到的一维洪水波演进的理论解进行了比较。     

高填方渠道溃堤洪水三维风险图研究

目前的风险图绘制研究中,洪水淹没计算多基于一、二维数值模拟,洪灾风险分析较少考虑地形危险性,未能真实反映复杂下游区域洪水淹没情况及洪灾风险分布.因此,本文提出基于三维数值模拟和数据场耦合的高填方渠道溃堤洪水风险图分析方法.首先,建立耦合VOF法的SST k-ω三维溃堤洪水演进数学模型,该模型结合了k-ω和k-ε模型的优势,增加了交叉扩散项,考虑了剪切应力的输送过程,能更精细地模拟湍流过程;其次,基于三维溃堤洪水淹没计算,引入数据场模型,考虑区域地形与洪水各灾情信息的综合风险,绘制三维洪水风险图,并与二维洪水风险图相结合,实现洪灾风险分布的详细、直观表达.以某高填方渠道为例,阐述了风险图绘制方法,分析了溃堤洪水的风险分布特征.     

大沽河口洪水流场数值模拟研究

基于常系数素流基本方程，采用分步杂交法，建立了河口尾闾段洪水二维数值计算模型。并成功地模拟了青岛大沽河河口段不同方案洪水水位及流场变化。     

基于溃坝洪水演进模拟的动态应急转移路线实现方法

水库一旦溃决将对下游社会经济造成巨大影响,科学合理的应急转移路线将有效降低损失,保障人民群众的生命财产安全.采用二维水动力模型开展溃坝洪水演进模拟,并对模拟结果进行网格化处理.设计了配备信息标识层、应急转移路线层、洪水演进绘制层和背景层的多层结构洪水风险图网格信息存储格式,提出了可通行路网的判别和绘制方法.结合网格化洪水演进模拟结果和路网信息要素,确定了动态最佳应急转移路线的运行机制.基于某大型水库的溃坝洪水演进模拟结果,将该方法应用于所在城市局部区域的路网绘制和动态应急转移路线制定.应用结果表明,该方法可根据溃坝洪水演进过程实时绘制路网信息,实现应急转移路线智能调整,优化了避洪转移方案,完善了城市洪水灾害应急管理体系.     

地面沉降对蓄滞洪区调度及风险的影响研究

综合分析大黄堡蓄滞洪区不同年份的遥感数据和水准点数据,可知该区域年均沉降量由1989—2002年的20,mm降至2002—2010年的12,mm,虽呈整体下降趋势,但总沉降量仍然较大.为提高分析的全面性,综合考虑了入流河道堤防沉降对蓄滞洪区的影响,数据分析表明堤防每沉降100,mm,河道泄流能力下降30,m~3/s,从而导致蓄滞洪区入流量增加.针对大黄堡蓄滞洪区采用交替方向隐式(ADI)法建立二维洪水演进模型,模拟结果表明:地面沉降对蓄滞洪区库容有影响,在设计水位情况下蓄量比沉降前增加了14%,;地面沉降后100年一遇洪水时,原调度方案不能满足滞洪要求,需改变原只启动前3区的调度原则,增加启动Ⅳ区滞洪,使得淹没面积较沉降前增加了14.5%,,洪灾损失较沉降前增加了22.1%,,增加了洪灾风险.