河网溃堤与溃堤波的一、二维耦合数值模拟

摘要

水库一旦发生溃坝，其水头高，破坏力大，任何一座大坝若发生溃坝事故，都将造成极为严重的后果，给下游人民的生命财产带来严重危害。尤其在长江三角洲地区，河道交织成网，河网密度达614～617公里/平方公里以上，成为全国河网最稠密的地区。尤其河网地区又有许多圩区，一般地势低洼，都是由河道的防护堤岸来保护的，暴雨时泵站将圩区的水抽入外河排泄，外河水位往往高于圩区地面，所以预测河网地区由于局部圩区堤岸溃决造成的后果，是近年来研究的热点。本文对于河网采用Preissmann四点隐式差分格式计算，对于溃口及圩区采用有限体积法，建立的河网溃堤与溃堤波的一、二维耦合计算水力模型实现了真正意义上的一维河网计算向二维河网计算水域的过渡，模拟了河网溃堤过程中流场的变化情况、以及溃堤波传播过程中的传播、绕射、反射及变形等运动特征，模拟比较接近真实溃堤过程。其研究成果能较好的预测圩区淹没过程和淹没范围，为建立河流洪水预警系统提供了可靠的理论基础，同时也为溃堤灾害性分析和防灾减灾提供科学的依据，具有较大的指导意义。

目录

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第一章 绪论

1.1溃堤问题的提出及其研究意义

1.2溃堤概况

1.2.1国内概况

1.2.2国外概况

1.3溃堤计算的内容和和求解方法

1.3.1溃堤计算的内容

1.3.2溃堤计算的求解方法

1.4溃堤计算数值模拟方法综述

1.4.1一维溃堤的模拟方法

1.4.2二维溃堤的模拟方法

1.5本论文的主要研究内容与方法

第二章 河网计算与溃口模拟耦合的水力数值模型

2.1河网水流计算

2.1.1基本方程及其离散

2.1.2河网非恒定流的数值解

2.1.3边界条件

2.1.4水力模型的参数

2.2溃口的模拟及坝址流量过程线的计算

2.2.1理论分析与计算公式

2.2.2计算实例和结果分析

2.3小结

第三章 溃堤水流的数值模拟

3.1溃堤数学模型

3.1.1守恒型控制微分方程组

3.1.2模型采用的网格和控制体的定义

3.1.3模型的FVM离散

3.2法向输出通量的求解

3.2.1 TVD格式简介

3.2.2高阶TVD格式的构造

3.3模型采用的高性能格式

3.3.1 TVD-MUSCL格式

3.3.2计算的稳定条件

3.3.3边界条件的处理

3.4小结

第四章 算例分析

4.1河网概化

4.2计算区域

4.3模型参数的确定和计算条件的选取

4.4计算区域网格布置

4.5计算结果分析

4.6小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢