小清河蓄滞洪区洪水演进数学模型及水量平衡的研究

摘要

自远古时代我国就不断遭受洪涝灾害，1949年以前的两千多年中水灾发生的频率位居各类灾害之首。新中国成立后，中国推出了大规模的防洪工程建设，并不断提高防洪非工程措施的规划强度，在主要江河防洪规划中一般都安排有滞洪区或行洪道用以宣泄超标准洪水。近年来，滞洪区不断被开发和利用，通过对滞洪区内进行数值模拟分析，确定一系列洪水行进过程中的规律，可对滞洪区分洪调度方面做出指导，将洪涝灾害降到最低。
　　本文以二维非恒定流基本方程为理论基础创建了小清河滞洪区的洪流演进数学模型。模型建立中应用有限体积法进行方程离散，以无结构不规则网格的处理方式进行整个模型的网格布置，采用格林安普特公式计算模型的下渗率。对模型中的路堤、桥涵等按其实际高程输入模型，小型桥涵及西部采沙坑进行适当的概化与合并。模型的入流地点在张坊村附近，出流地点选在东茨村附近。
　　模型验证的洪水频率为20年一遇和50年一遇，选取不同情况下的12个位置，分别以模型计算值与设计值进行对比分析，验证结果基本吻合。利用已建立的小清河滞洪区数学模型，分别模拟了涿州市堤坝现状条件和规划无安全区两种条件下遇20年一遇和50年一遇来流时的洪水演进过程，展现其不同时刻的洪水淹没过程及矢量流场，对整个来流历时的洪水形势进行分析。同时统计了不同计算方案条件下对涿州市的淹没情况。
　　应用本模型的计算模式对水量平衡进行计算时，会因计算模式本身存在的不足引起某些单元体出现水量不平衡的现象，即单元体内出现负水深，产生虚假流动。本文以单元水量出流修正法对计算模式进行了改进，并详细介绍了该方法的整个操作过程，最后以现状条件下50年一遇来流为计算条件，分别对模式改进前后来流体积与计算总体积之间的数据进行了对比验证，验证结果表明修正后的计算模式具有一定的实际应用价值。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 洪水演进的研究

1.3 本文主要内容

第二章 滞洪区洪水演进数学模型的理论基础

2.1 基本控制方程

2.2 有限体积法离散

2.3 本章小结

第三章 小清河滞洪区概况及模型的建立

3.1 研究背景

3.2 小清河滞洪区简介

3.3 小清河滞洪运用情况

3.4 模型计算方案

3.5 模型边界条件

3.6 网格生成与糙率

3.7 模型验证

3.8 本章小结

第四章 不同方案条件下结果分析及模型改进

4.1 洪水演进模型的运算

4.2 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

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