一维模型模拟局部溃坝洪水方法的合理性验证

用一维非恒定流数学模型进行局部溃坝水流模拟计算时,由于坝址断面的水流存在间断,溃口处的流量不能通过模型本身算出,须引用水力学中的堰流流量公式。为验证宽顶堰流流量计算公式用于局部溃口流量过程计算的合理性,本文采用平面二维数学模型对其进行了验证计算。一维数学模型与二维模型计算得到的溃坝流量过程符合良好,流量峰值差值在 5%以内,与局部溃坝坝址最大流量计算经验公式结果也很接近。表明一维数学模型模拟局部溃坝时,溃口断面处的流量采用一般宽顶堰流量计算公式是可行的。     

梯级水库群洪水溃坝模拟

以某河流的7个梯级水库为研究对象,合理地拟定各梯级水库不同大坝类型(土石坝、拱坝、混凝土重力坝)的溃决形式、溃口发生过程及形态,针对各类型水库漫顶即溃坝和土石坝漫顶溃坝,拱坝、重力坝漫顶过流不产生溃坝两种极限状态,运用Dam Break溃坝模型原理,计算主汛期超标准洪水和后汛期超标准洪水时梯级水库的连锁响应以及溃坝洪水向下游库群的演进过程.分析流城内各水库清坝发生的因果关系,并得出各水库溃坝发生的相对时间及各特征断面的最高水位、流量等特征值.汛期超标准洪水时流城梯级水库的溃坝模拟分析结果,为降低大坝风险、制定应急预案和防灾减灾提供了科学的决策依据.     

新疆平原拦河水库溃坝洪水演进的数值模拟计算

针对新疆平原拦河水库溃坝洪水的特点 ,建立了坝址处和水库下游的二维洪水演进数值模型 ,提出了解算方法 ,并以夹河子水库 196 1年 4月 16日实际发生的溃坝洪水为例 ,进行了模拟计算 ,给出了溃坝坝址处的最大流量 ,溃口宽度 ,淹没水深 ,流速和淹没历时等洪水风险信息。     

溃坝最大流量计算公式的问题与修正

目前用于计算溃坝最大流量的正负波相交法和波额流量法在下游水深较小时,计算结果与实际情况和理论解差别很大,变化趋势也不正确。为此,通过合理概化溃坝波形与压力,得出了修正的溃坝最大流量计算公式。修正后的计算公式在下游水深较大时与原计算公式计算结果相近,在下游水深较小时,计算出的最大流量变化趋势正确,比较符合实际情况。在矩形断面渠道下游水深为0时,修正后计算公式和里特尔-圣维南法公式的计算结果完全一致。     

基于二维水动力模型的溃坝洪水数值模拟研究

【目的】研究水库溃坝洪水影响。【方法】以辛庄水库为例,通过建立二维水动力模型,模拟了不同溃决方案下溃坝洪水演进过程,计算了下游高速铁路处淹没水深、流速、冲刷深度等,分析了溃坝洪水对下游高速铁路的安全运行影响。【结果】水库未溃决时,溢洪道最大下泄洪水能够正常通过铁路涵洞,对下游工程影响较小;水库大坝正面溃决的影响要比侧面溃决的影响大,下游部分铁路路基顶面过水,影响铁路正常运行;大坝溃决后最大流速是未溃决时的2.15～2.48倍,涵洞处最大冲刷深度是未溃决时的1.56倍。【结论】二维水动力模型可较好的模拟溃坝洪水演进过程和淹没范围,研究成果可为水库溃坝洪水灾害预防提供参考和数据支撑。     

基于水动力学模型的渠道流量控制系统研究

针对渠道流量较大、水流条件复杂的流量测量问题，提出一种水动力学模型的渠道流量计算方法，并以此搭建基于水动力学模型的渠道流量控制系统。首先建立水动力学数学模型，采用两点水位量水法计算渠道流量，即在闸门上、下游选择两个断面，利用水位传感器实时测量断面水位数据，通过上位机求解水流控制方程得到两处断面的流量，取均值作为渠道的流量值，其次结合PLC搭建渠道流量控制系统，根据调度要求控制闸门的启闭，实现渠道流量的精准控制。在加大供水流量、水流条件复杂条件下，流量计算结果与多声道超声波流量计所测数据相比，平均偏差率小于5%。通过试验研究表明：控制系统流量控制误差为0.514%，系统响应时间小于200 ms，平均无故障运行时间大于10 000 h。控制系统的研究为后续渠道流量调度工程建设提供理论依据和案例支撑，具有较强的应用价值。     

均质粘性土坝漫顶溃决过程数值模拟研究

大坝一旦失事溃决,对下游造成的生命和财产损失无法估计。溃坝的模拟计算能够为预估溃坝洪水带来的影响,建立下游预警系统,提前制定应急预案提供有效的科学依据,从而能够将洪水灾害造成的影响减少到最小程度。本文在已有溃坝数学模型基础上建立了针对粘性土均质土坝漫顶溃决的计算模型,可对大坝溃决过程、溃坝洪水下泄过程及上游水库水位下降过程进行水力学模拟,在论述其溃坝机理后,结合现场试验实测资料验证了此模型的实用性,对于防灾减灾及大坝失事后果的评价具有重要意义。并为今后溃坝模型的发展提出了建议。     

均质黏性土坝漫顶溃决过程数值模拟研究

大坝一旦失事溃决,对下游造成的生命和财产损失无法估计。溃坝的模拟计算能够为预估溃坝洪水带来的影响,建立下游预警系统,提前制定应急预案提供有效的科学依据,从而能够将洪水灾害造成的影响减少到最小程度。在已有溃坝数学模型基础上建立了针对黏性土均质土坝漫顶溃决的计算模型,可对大坝溃决过程、溃坝洪水下泄过程及上游水库水位下降过程进行水力学模拟,在论述其溃坝机理后,结合现场试验实测资料验证了此模型的实用性,对于防灾减灾及大坝失事后果的评价具有重要意义。并为今后溃坝模型的发展提出了建议。     

基于Flow-3D的堤防堵口水力条件数值模拟

为了研究极端洪水条件下某河道砂性堤防溃口快速封堵技术,选取典型堤段,基于FLOW-3D对具有实际地形的堤防溃口水流运动进行三维数值模拟,计算不同口门宽度及堤防内侧不同水位条件下的口门区域水位、水位场分布、流速及流速场分布等水力学特性。结果表明,溃口内外水位差和口门宽度均对溃口分流量、口门断面平均流速有显著的影响;随着口门束窄,溃口前水位逐渐抬高,口门断面流速先增后减;口门底部和下堤头前局部流速较大。总结该河道堤防溃口水流运动特性和规律,其结果可为类似工程堵口材料和施工工艺的选取提供参考和科学依据。     

基于一、二维耦合水动力模型的赣西联圩溃堤洪水风险分析

鄱阳湖赣江下游尾闾赣西联圩防洪保护区水系繁多,水文条件复杂,汛期频繁受到洪水侵袭,因此极有必要对该地区开展洪水风险分析。建立了能够模拟溃堤洪水水流演进的一、二维耦合水动力模型,并应用于赣西联圩防洪保护区。采用糙率分区、网格加密等技术进行优化,提高了模型计算精度,计算区域采用非结构化三角形网格进行剖分,设定溃口发生瞬时溃堤,溃口流量满足水量平衡原理,演进结果合理可靠。对演进计算结果进行洪水风险分析,结果表明:在赣江20年一遇鄱阳湖2010年实测水位过程中,保护区内洪水淹没范围大小和影响人口数量与溃口位置有关,淹没分布基本遵从地形高低原则,永建洲、李家垾溃口洪水淹没面积分别为8.46、36.57 km2,淹没水深基本都大于3 m。     

城镇小汇水面积设计洪水计算方法比较

洪峰流量是确定城镇小汇水面积防洪构筑物断面尺寸的主要依据。城镇小汇水面积一般无实测河川流量资料,设计洪水的推求一般采用暴雨途径。目前,城市防洪工程设计洪水的计算有水利部门与城建部门两套方法,水利部门计算小流域设计洪水主要采用单位线法与推理公式法,城建部门主要采用室外排水设计流量计算公式。由于采用的方法不同,公式中参数的取值对计算结果影响很大,导致两个部门同一设计频率洪水设计值存在较大的差异。本文对小汇水面积设计洪水计算方法进行全面介绍,并对常用方法计算结果进行对比分析。     

基于水动力学模型的灌溉渠道水流量水方法研究

流量和水位是灌溉渠道水流流动的基本特征参数,是灌区水管理者进行调度决策的依据。标准断面量水法或者均匀流公式是最常见的方法,在上下游条件变幅较大或者变化频繁的情况下,标准断面量水法中采用的公式和均匀流公式不再适用。本文提出了两点水位量水法,在灌溉渠道上沿程选择两个断面,实时测量断面的水位变化,通过求解水流控制方程得到断面的流量。计算结果表明,与均匀流公式相比,基于水动力学模型的两点水位量水法可以提高流量监测的精度。     

考虑Copula-LM-HMS耦联的台风情境下大坝洪水漫顶风险率计算

气候变化下台风风暴潮出现频次增加,形成的暴雨洪水对水库大坝安全产生极大威胁。由于部分地区实测流量资料缺少,基于雨量资料的随机模型与水文模型耦合模拟洪水过程线的研究亟待发展。针对现有小流域流量资料缺少问题,研究了基于降雨随机模型与水文模型的Copula-LM-HMS耦联模型,来模拟入库洪水并计算水库大坝洪水漫顶风险率。该模型通过Copula函数与拉丁超立方-蒙特卡罗抽样（Latin Hypercube-Monte Carlo Simulation）生成流域多组7日降雨数据,并通过变倍比放大法缩放处理得到相应降雨序列,利用HEC-HMS水文模型模拟洪水过程线并结合调洪演算得到坝前最高水位,同时考虑风浪作用来模拟台风情景下的库水位变化情况,计算大坝洪水漫顶风险率,并分析不同组合条件对洪水漫顶风险率的影响。余姚市四明湖水库实例分析表明,构建的Copula-LM-HMS耦合模型计算得到的拦河坝在未来台风情境下无漫顶风险,自溃坝最小漫顶风险为0.22%,最大漫顶风险达到2.68%;洪水漫顶风险与降雨分布及起调水位有关,同时风浪作用对洪水漫顶风险影响较大。基于耦合模型进行中小流域洪水漫顶风险率计算,...     

基于人工神经网络的水库溃坝生命损失估算模型及应用

传统的生命损失估算方法未能考虑致灾因子的非线性及其相互作用,本文建立了基于人工神经网络的水库溃坝生命损失估算模型。该模型综合考虑了风险人口、洪水严重程度、警报时间、洪水严重性理解程度和库容、坝高、溃坝发生的时间、下游坡降、与大坝的距离、下游建筑的抗冲能力等影响因素。其中,洪水流速、水深、淹没范围等关键水情信息的获取采用耦合VOF的k-ε模型。以深圳市公明水库为例进行了研究,估算了不同情况下的溃坝生命损失,为区域防灾减灾提供了理论基础。     

控制断面水深的确定方法

通过对12座水库不同洪水标准的35组模型试验数据进行统计分析，提出了控制断面水深计算在控制泄流和自由泄流两种情况下的经验公式法和实验系数法。利用该方法，通过临界水深或单宽流量即可求出控制断面的水深，从而取代了传统的做法，使溢洪道边墙设计更为经济合理。     

考虑水轮机特性项的尾水调压室临界稳定断面公式研究

为了进一步研究水轮机特性对于调压室临界稳定断面的影响,结合调压室及水道局部模型、发电机及负荷局部模型、调速器局部模型,利用传递函数的思想,推导出了包含水轮机特性项的尾水调压室稳定断面直接表达公式,其中水轮机特性项可直接采用经验公式进行估算;实际工程案例分析表明,与规范公式相比,该公式计算结果与数值分析结果更为一致,安全性更高,因此采用推导的考虑水轮机特性的尾水调压室稳定断面公式有利于保障实际工程的安全。     

微分响应在降雨误差修正中的应用

误差修正是实时洪水预报研究和应用中的重要内容,从修正模型降雨输入角度出发,提出了一种基于微分响应的降雨误差修正方法,并通过实例论证了该方法修正降雨量的适用性。该方法通过计算降雨所对应模型的微分响应来修正降雨,从而修正出口断面流量过程。将该修正方法结合新安江模型,对闽江建阳流域的19场历史洪水进行了有效性检验,结果表明:此方法对洪量、洪峰的修正效果明显,且能够显著提高洪水预报的合格率,修正后合格率由63.2%提高到94.7%。     

渠系水利用系数测算方法研究

根据渠道水入渗理论和渠道流量、损失量的试验数据,研究渠道水入渗的过程,分析入渗的影响因素,建立渠道水损失和渠系特征(渠系分布、渠道断面、设计流量)、渠床特征(衬砌类型、土壤质地、地下水埋深等)的关系。对原有输水损失系数经验公式进行改进,得出无论是Kostiakov经验公式计算还是积分改进公式计算,渠道流量与长度均与渠道损失流量成正相关关系。但是随着渠道长度的增加,Kostiakov经验公式体现出了不足,其计算结果与积分改进公式计算结果的相对误差逐渐增大。同时在江西省赣抚平原灌区采用动水测定法引入实测数据对改进的经验公式进行验证,验证结果表明改进经验公式法计算过程中采用某级渠道的灌溉水利用系数作为扩大指标来计算同级其他渠道流量不能真实反映整个渠系情况,较实际情况存在偏差,但改进经验公式求得的结果代表了渠道的现有衬砌状况,更为合理可靠。     

翼柱型量水槽水力特性分析与对比

【目的】为探究翼柱型量水槽在自由出流和淹没出流时的量水性能。【方法】试验观测10种流量条件下,量水槽进口到出口13个测流断面的水位,对自由出流和淹没出流两种工况下的水面线、佛汝德数、测流精度等水力参数进行分析与对比。【结果】自由出流状态下在断面11到断面12之间形成了临界流,流量在0.044 m3/s以下时没有产生临界流从而得到了U形渠道翼柱型量水槽的最小工作流量。翼柱型量水槽过槽流量与上游水深具有良好的相关关系,通过拟合得到了自由出流和淹没出流状态下的流量公式,其中自由出流状态下最大误差为-2.54%,淹没出流下为6.50%,二者平均误差均小于0.3%,满足现行渠道量水规范的误差要求。本文拟合的淹没出流流量公式最大淹没度高达0.958,适用范围较大。此外,U形渠道翼柱型量水槽具有较大的自由出流范围,临界淹没度可达0.890。【结论】经试验确定临界流断面位于距进口约为量水槽4倍翼高处。翼柱型量水槽可满足小比降既成渠道的测流要求,进一步解决了量水槽流量公式在淹没出流情况下测流误差较大的问题。     

MIKE11HD在慈湖河干流防洪工程中的应用实例

在地形较为复杂的流域,设计洪水及水位计算涉及到上游山洪与下游涝区排涝洪水组合的问题,传统工程水文计算采用排涝模数计算涝区的设计流量与山洪进行叠加的方法,但今年随着下游涝区经济发展,设防标准逐渐提高,排涝泵站规模扩大,采用各省经验的排涝模数计算排涝流量与山洪叠加的方法已经不够安全,无法真是反映暴雨时洪水、涝水实际组合情况。应用MIKE11HD模型,对流域干流建立水动力模型,涝区通过抽排调蓄计算作为流量边界输入,通过比较模型成果和传统计算成果,探讨水力模型在涉及山洪与排涝组合的流域的适用性。