线状建筑物分洪区洪水演进数值模拟

冰湖溃决洪水演进模拟

洪水风险图是进行洪水风险分析,预防洪涝灾害的有效技术手段。文章基于mike21fm模型开展淮河流域泉颍片（豫）防洪保护区洪水演进仿真模拟研究,获取淹没水深、历时、到达时间、最大流速等洪水风险信息,结果表明该模型计算效率高、稳定性好、模拟精度高、模拟结果合理,成果可为淮河流域泉颍片（豫）防洪保护区的防汛救灾工作提供技术支撑。

洪水风险图是进行洪水风险分析,预防洪涝灾害的有效技术手段。文章基于mike21fm模型开展淮河流域泉颍片（豫）防洪保护区洪水演进仿真模拟研究,获取淹没水深、历时、到达时间、最大流速等洪水风险信息,结果表明该模型计算效率高、稳定性好、模拟精度高、模拟结果合理,成果可为淮河流域泉颍片（豫）防洪保护区的防汛救灾工作提供技术支撑。

高含沙洪水通过黄河下游河道时往往发生严重淤积,因此,数值模拟研究高含沙洪水的演进过程,对理论研究及实际工程需求均具有重要意义。以往的泥沙数学模型通常不考虑高含沙量对水流控制方程的影响,而这将会影响高含沙洪水演进过程的模拟。本文建立了黄河下游高含沙洪水演进过程的一维非恒定非均匀沙数学模型,该模型不仅在水流控制方程组中采用浑水的连续方程与动量方程,而且通过引入滩槽划分及\"二级悬河\"处理等技术考虑黄河下游复杂地形下的水沙演进。以1977年的典型高含沙洪水过程为例,分析高含沙量对洪水演进的影响,并率定出模型中的恢复饱和系数、不饱和系数等关键参数。将率定后的模型参数应用于1992年下游实测洪水的模拟,验证模型的适用性。计算结果表明:考虑高含沙的影响后,洪峰流量、水量、传播时间的模拟误差减小,说明在数值模拟高含沙洪水的演进中有必要采用浑水控制方程。

南水北调中线总干渠在河南省安阳市穿越洪河,其交叉建筑物形式为倒虹吸,且交叉工程上游有急流从五六渠下泄旁侧入汇。文中讨论了旁侧入汇的五六渠消力池段水跃区水流间断性问题,提出了一种在明渠流动中简化的水跃区数值模拟方式。通过建立平面二维数学模型,对洪河交叉工程河段进行了平面数值模拟,对交叉工程河段洪水特性进行了专题研究。模拟结果表明这种简化处理方法实用可靠,能够反映水跃区水深共轭关系与能量损失关系,较好解决了五六渠急流入汇的水流模拟问题。

对于河道宽滩区修建的风电场工程,其风机塔筒群的阻水作用可能会对所在河段的洪水演进及河势稳定有所影响,必须予以了解和评估。本文基于mike21软件,建立了某风电场所在河段的二维平面水动力数学模型,并对模型进行了验证。在验证洪水条件下,特征断面模拟水位与设计水位的相对误差均小于1%,表明模型阻力参数设置比较可靠。对风电场所在滩区的水流阻力进行了概化处理,然后运用模型开展了风电场工程建设前、后两种条件下设计特征洪水的数值模拟,得到了该河段在设计特征洪水演进过程中的水深、流速等数据。通过对比分析工程壅水及主流线位置变化可知,该滩区风机塔筒群引起的工程壅水较低、流速变化较小、主流线位置变化不大,不会引起该河段河势的明显变化。研究成果对滩区风电场工程规划设计具有一定的参考价值。

对于河道宽滩区修建的风电场工程,其风机塔筒群的阻水作用可能会对所在河段的洪水演进及河势稳定有所影响,必须予以了解和评估。本文基于mike21软件,建立了某风电场所在河段的二维平面水动力数学模型,并对模型进行了验证。在验证洪水条件下,特征断面模拟水位与设计水位的相对误差均小于1%,表明模型阻力参数设置比较可靠。对风电场所在滩区的水流阻力进行了概化处理,然后运用模型开展了风电场工程建设前、后两种条件下设计特征洪水的数值模拟,得到了该河段在设计特征洪水演进过程中的水深、流速等数据。通过对比分析工程壅水及主流线位置变化可知,该滩区风机塔筒群引起的工程壅水较低、流速变化较小、主流线位置变化不大,不会引起该河段河势的明显变化。研究成果对滩区风电场工程规划设计具有一定的参考价值。

基于abbott六点中心隐式差分格式的河道一维非恒定水流模型和平底宽顶堰堰流公式计算堤防溃口流量过程,构建了根据非结构网格的有限体积法离散的二维水动力模型,并模拟了堤围内洪水过程,计算了变电站站址处溃堤设计水位,采用水量平衡法验证了二维水动力模型的计算结果。实例结果表明,水动力模型可为堤围内变电站的设计提供可靠的技术支持,供借鉴。

目前国内外研究建成水库溃坝洪水模拟及影响分析的较多,对水库施工期溃坝洪水研究较少。文章以模拟钦寸水库施工期溃坝洪水为例,研究水库施工期溃坝概率,可能发生的水库溃坝形式,溃坝洪水计算方法、淹没范围及影响分析等。为其它处于施工期的水库溃坝洪水模拟分析提供参考。

景洪水电站泄洪建筑物设计——文章简要介绍了景洪水电站泄洪消能方案的选择、“宽尾墩一消力池”新型联台消能工在本工程中的应用以及主要泄洪建筑物的设计　　

采用无结构不规则网格技术对滞洪区地形进行自动剖分,根据三维流体动力学方程建立了适合滞洪区计算的一、二维洪水模拟模型,将地形条件概括为地面型通道、河道通道、特殊型通道和连续堤或缺口堤4种通道对方程进行了离散,利用天津市大清河滞洪区的实测资料对模型进行验证,结果吻合较好,并模拟了百年一遇洪水在本滞洪区的演进情况.为防洪减灾和经济发展提供了可靠的依据.

以乐昌峡水利枢纽工程坝下防护范围为研究对象,建立了水库下游河道及两岸淹没区一、二维联解洪水演进水流数学模型。采用室内实验数据对模型数值计算结果进行率定和验证,结果表明所建模型具有较高的计算精度和可靠度。针对工程动库调洪演算成果,选取典型洪水下的不同防洪调度方案进行了模拟计算,给出了各工况下水库下游河道沿程各特征断面的洪水风险信息,为进行淹没区的洪灾损失评估及相应的防洪调度决策提供了必要的参数和依据。

通过对采动区建筑物移动变形及附加应力数值模拟研究,建立了建筑物移动变形与地表移动变形之间的系列关系式;总结出建筑物附加地基反力和附加水平应力的分布变化规律;无论建筑物位于地表下沉盆地什么位置,建筑物都是下部应力最大,要增大建筑物的抗变形能力,重点应对建筑物下部基础进行加固;地基越软,建筑物附加应力越小,适当软化地基可以减小建筑物的附加应力,从而达到保护采动区建筑物的目的。

以锦屏二级水库为例,利用dambrk和一维水动力模型模拟多种组合工况下水库溃坝和洪水演进过程,并对计算得到的溃口流量及下游洪水演进结果进行分析.根据溃坝洪水模型计算获得的水库下游地区洪水淹没情况,综合考虑洪水的危险性、暴露性和易损性,利用模糊综合评价法对水库下游8个重要乡镇进行了洪水风险评价,评价结果可以为该流域进行安全应急预案制定、洪水灾害风险管理等提供技术参考.

南水北调中线工程运行阶段的风险是工程管理者关注的焦点之一。以往的研究只单纯考虑水文不确定性或工程结构不确定性,研究结果也只提供交叉建筑物在其设计基准期内的风险概率,不能给出不同洪水条件下的工程风险,对运行阶段的风险管理意义不大。通过综合考虑水文不确定性和工程结构不确定性,提出适用于交叉建筑物在各种洪水条件下的失效风险计算模型,该模型可以给出交叉建筑物在各种洪水条件下的失效风险。以河南省境内湍河梁式渡槽为例,建立渡槽失效故障树以及各种失效模式的极限状态,给出了一套可适用于渡槽水毁失效风险估算的方法。

考虑沟渠倒灌、退水对防洪保护区溃堤洪水演进的影响,采用有限体积法建立了防洪保护区的二维洪水演进模型,分别采用二阶tvd格式和二阶runge-kutta方法对计算区域的空间离散和时间离散求解,定量分析了溃口宽度和沟渠倒灌、退水对防洪保护区洪水演进及淹没范围的影响,并用水面线平铺得到的淹没线对模型计算淹没范围进行了验证。研究表明:溃口宽度每增加50m,区内蓄洪量相差8%左右,溃口越宽,水位上涨越高,但最大水深随时间的变化不明显,淹没范围的变化率较小,最大淹没范围相差约1.8%;沟渠退水和支流倒灌的作用非常明显,最大蓄洪量和最大淹没范围相差60%以上。与溃口宽度增大相比,沟渠倒灌、退水会造成更大的淹没损失。

建筑物绕流是一种典型的钝体绕流形式,而钝体绕流通常具有非稳态流动特征,本文主要工作是对建筑物绕流的非稳态流场进行数值模拟研究。首先采用了rngk-ε模型对方柱绕流进行非稳态数值模拟研究,通过与实验以及大涡模拟结果进行比较,发现rngk-ε模型可以获得满意结果;接着又对一种典型的建筑物绕流形式进行数值模拟研究,分别采用了稳态和非稳态模拟方法,模拟结果表明了采用非稳态数值模拟方法可以获得与实验以及大涡模拟更为接近的结果。

由于我国的防洪措施不完善,人口密度相对较大,洪水发生时会造成严重的损失。如何合理的对河道进行设计,计算河道的洪水水位,预测洪水的演进路线和破坏力,对抗洪抢险有着重要意义。随着数值模拟在水利工程中的应用,对水力特性研究和洪水演进提供了较好的模拟数据。以公路桥到水利枢纽间的44km河道为研究对象,首先建立了浅水运动控制方程,并对该方程进行离散化。随后采用mike11hd和hec-ras两种差分格式对洪泛区河道行洪能力进行数值模拟,分析了两种软件计算水位情况。研究表明:由于两种软件的水力半径不同,hec-ras软件的计算水位较高。

为研究白石水库泥沙冲淤特性,选取水库大坝至上游bd20断面,分别模拟汛期典型洪水过程和百年一遇洪水过程,分析洪水过程泥沙冲淤变化。结果表明,白石水库洪水期间最大输沙量与最大流量并不同步,在库区弯道处凹岸库底冲刷、凸岸库底淤积;同一断面的洪峰流量、最大输沙率不同步;洪水过后,淤积厚度随控制水位的升高而减小。

某双线盾构隧道近距离旁穿一幢12层高层建筑,为合理评估隧道施工对建筑物的影响,进行了考虑盾构动态施工及排桩加固的的远端(左线)、近端(右线)以及双线均开挖后隧道横断面及建筑物沉降的flac3d数值模拟分析,并对工程现场进行了沉降实测。数值模拟和实测结果表明:不采取加固措施,建筑物基础靠近隧道侧的最大沉降为5.2mm,最大水平位移达25.8mm;基地土体出现拉剪破坏;数值模拟分析结果与现场实测结果较为一致;若采用排桩加固,建筑物基础靠近隧道侧的最大沉降为2.4mm,最大水平位移不足10mm,基地土体未出现拉剪破坏;排桩加固能有效降低围岩变形及地表沉降,有利于建筑物的保护。

利用roms(regionaloceanmodelingsystem)建立了九龙江河口区三维水动力与泥沙输运数值计算模式.模式模拟了九龙江河口区在洪水期间的悬沙浓度变化过程,将模拟结果和实测资料进行比较,两者吻合较好.在此基础上,对河口区在洪水期间各潮时的悬沙浓度变化以及洪水造成的冲於情况进行分析.结果表明:洪水期九龙江河口区的泥沙浓度受潮汐和上游来沙的共同影响,表现出较强的规律性;低潮时,在鸡屿断面附近存在表层泥沙浓度大于底层泥沙浓度的过程,该过程持续1h左右;一个洪水过程泥沙在九龙江口的淤积厚度可达2~3cm.

运用计算水力学的基本理论,采用二维水流数学模型进行河流泄洪能力的数值模拟,借助于sms地表水软件,分别模拟了河流在不同湿地面积、湿地宽度及不同植物糙率条件下,河流洪水位的抬升情况。结果表明,不同湿地宽度对泄洪水位的影响,最终归结为主槽宽度的变化对泄洪水位的影响。主槽宽度相对于湿地面积及植物糙率,对洪水位的抬升影响较大,且主槽宽度越小,水位涨幅越大。对于在河流中如何布置和种植人工湿地及湿地植物的选取具有一定的指导作用。