河道-泛区二维水动力耦合数值模拟及其在洪水风险分析中的应用

摘要

由于水土流失严重且河道淤积加剧，洪水特征渐向峰现提前、洪量骤增及洪水历时短发展，以致洪灾频繁发生，造成重大生命财产损失。目前，我国正处于由控制洪水向洪水管理的转变时期，综合采用工程措施和非工程措施应对洪灾是防洪减灾事业发展的必然趋势。对洪水管理区域建立水动力数值模型，模拟洪水演进全程并获得淹没水深、洪水流速、淹没历时及到达时间等洪水风险信息，并基于此绘制淹没区洪水风险图，已成为防洪减灾非工程措施建设的必要组成部分。
　　本论文在防洪减灾非工程措施全面建设背景下，所做研究包含以下结论：
　　（1）结合当前洪水特征发展态势及所致洪灾特点，针对多种模型无法模拟溃口附近水流复杂流态及水力要素动态衔接问题，提出河道-泛区二维水动力动态耦合模型理论，并据此建立模型。
　　（2）采用多种技术措施对所建河道-泛区二维动态耦合水动力数值模型进行优化，主要包括：考虑溃口展宽、漫溃堤分流理论、热启动和溃口形状变动处理技术实现河道与堤防动态无缝耦联；利用干水深和湿水深理论提高模型稳定性和运算效率；综合采用糙率分区法和真实地形法解决密集构筑物对水流运动的影响；综合遥感影像、DEM和实测断面数据还原河道地形。
　　（3）研究洪水风险分析方法、风险分析与模型检验方法、洪水影响评估与避险转移分析及风险图绘制，为洪水分析计算及风险图绘制提供技术理论支撑。
　　（4）为满足黄河内蒙段冰凌封开河漫堤及汛期溃堤的洪水风险分析需求，对河道及两岸灌区建立二维动态耦合水动力数值模型，实现漫堤和溃堤洪水联算功能，模拟分洪洪水在灌区内的演进情况，并根据计算结果绘制洪水风险图。
　　（5）根据黄河宁夏段漫滩及堤防风险分析需求，对河道及青铜峡河东防洪保护区建立二维动态耦合水动力数值模型，实现河道洪水自由漫滩和溃堤洪水联算功能，模拟洪水漫滩运动及其在防洪保护区二维平面内的演进情况，并基于模型计算结果绘制洪水风险图。
　　本文所建河道-泛区二维动态耦合水动力数值模型考虑了漫、溃堤位置处流态的复杂变化，弥补了一、二维耦合模型的不足，并可实现二维宽浅河道漫滩、漫堤、溃堤及其任意组合的洪水联算，为相关部门制定避险转移路线、评估洪灾损失及防洪管理决策提供技术支撑。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.3 本文研究思路及主要内容

1.4 技术路线

第二章 河道-泛区二维水动力耦合数值模型

2.1 河道-泛区二维水动力耦合数值模型的建立

2.2 河道-泛区二维水动力耦合数值模型的优化

2.3 本章小结

第三章 洪水风险分析与风险图编制技术

3.1 洪水风险分析方法

3.2 洪水风险分析与模型检验技术

3.3 洪水影响评估与避险转移技术

3.4 洪水风险图绘制技术

3.5 本章小结

第四章 基于河道-泛区二维水动力耦合模型的洪水风险分析与风险图绘制

4.1黄河内蒙段漫堤、溃堤洪水联算数值模拟及风险图绘制

4.2 黄河宁夏段漫滩、溃堤洪水联算数值模拟及风险图绘制

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

5.3 本文主要创新点

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

1、发表论文

2、参与科研情况

致谢