水力信息系统在溃坝洪水计算中的应用

摘要

我国是世界上建坝最多的国家，这些大坝为所在区域的经济社会发展提供了不可替代的清洁水源和能源保证，同时也为区域防洪安全提供了保障。但是溃坝洪灾也是无情的，一旦由于某种原因导致大坝失事将对下游地区的生命财产和环境造成毁灭性破坏。在当前社会强调“以人为本”和构建人与自然和谐发展机制的形势下，如何提高堤坝工程溃决的预报预测水平，建立洪灾风险评估系统，增强抗御溃坝洪水灾害的能力，是当前我国研究溃坝洪水的突出问题。溃坝洪水分析的关键在于建立科学合理的溃坝水流分析计算方法，自上个世纪初期以来，溃坝水流数值计算方法的研究取得了长足进展。如溃决过程中的水一土相互作用机理问题，包括控制溃决过程的参数之间相互作用、溃口水流过程与溃口形状发展过程之间的关系等如何构建高精度、高分辨率的溃坝水流数值计算模型等。但由于溃坝问题的复杂性，一些关键问题仍未获得圆满解决。随着计算机科学的发展和计算技术以及数值方法的不断进步，越来越多的研究者对溃坝问题采用了数值计算的方式来模拟，数值计算的优越性也得到了越来越多的体现。利用先进的计算机技术对溃坝洪水进行模拟和计算已经成为当前计算溃坝洪水的重要方法，为水库的溃决的预报及预测有很好的效果，减少了大坝所在区域的经济损失。这些问题的研究和探讨，无论在理论和实践上都具有重要的现实意义。 本文将溃坝洪水的水动力学过程作为研究重点，以大坝和堤防工程等防洪系统的防洪减灾为背景，以溃坝洪水运动为主线，综合运用水文学、水动力学和数值计算方法，在自主研发的水力信息系统HYDROINFOR的技术使用下，建立了在特定条件下描述溃坝水流运动的数值模型，对溃坝洪水流的运动机理和水流过程进行计算，包括水库调洪计算、坝址过程线计算、下游河道溃坝波的传播计算、更为切合实际地分析溃坝洪水波的演进规律，并预测了溃坝波对下游河道的影响程度，探讨预防措施。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1选题的意义

1.2溃坝洪水问题简介

1.2.1溃坝洪水计算概述

1.2.2溃坝洪水的研究进展及目前发展水平和动向

1.3我国洪水灾害概况

1.4目前的防洪措施简介

1.5本文的研究内容及主要工作

1.6本章小结

2水力信息系统HYDROINFOR简介

2.1 HYDROINFOR介绍

2.2河网水动力模型数值求解

2.2.1河网系统流动的基本方程

2.2.2河网基本方程的离散

2.3平面二维浅水流场模型

2.3.1浅水方程

2.3.2离散方法

2.3.3求解步骤

2.4方法验证

2.5本章小结

3英那河水库及卧龙水库介绍

3.1英那河水库基本概况

3.2英那河水库水文资料

3.3 卧龙水库基本概况

3.4 卧龙水库水文资料

3.5计算分析内容

3.5.1坝体潜在溃决模式分析

3.5.2坝址流量过程计算原理

3.5.3坝体计算数据

3.6流量计算结果

3.6.1英那河水库溃坝方案计算结果

3.6.2 卧龙水库溃坝方案计算结果

3.7本章小结

4水力信息系统HYDROINFOR的应用

4.1水力信息系统操作方法

4.1.1初始设置

4.1.2通用菜单功能介绍

4.2一维河网的数据输入

4.2.1数据的输入

4.2.2参数设置

4.2.3计算

4.2.4计算分析结果

4.3 二维浅水方程的数据输入

4.3.1数据输入

4.3.2边界条件

4.3.3基本资料

4.3.4显示网格

4.3.5数据校验

4.4显示流场

4.5结果分析

4.5.1浅水区数据

4.5.2浅水区流场

4.6本章小结

5应用实例——卧龙水库溃坝洪水计算分析

5.1参数选择

5.1.1计算区域

5.1.2边界条件及糙率确定

5.2溃坝方案—计算结果

5.2.1淹没面积及积水量

5.2.2淹没区域水深变化图

5.2.3淹没区域速度场

5.2.4淹没区域测点位置结果

5.3溃坝方案二计算结果

5.3.1淹没面积及积水量

5.3.2淹没区域水深变化图

5.3.3淹没区域速度场

5.3.4淹没区域测点位置结果

5.4本章小结

结 论

参考文献

附录A水力信息系统数据输入格式

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢