基于经验公式的堰塞湖最大溃决洪水及演进分析

2008年四川特大地震形成的唐家山等堰塞湖由于坝高、库大,处于高危以上状态.本文利用溃坝洪水经验公式成功反演分析了唐家山堰塞湖下游控制断面的最大流量,并通过实测下游控制断面的最大流量反推出唐家山、苦竹坝下等堰塞湖溃坝最大流量.此方法简单实用,具有较高的实践意义.     

滑坡堵江坝溃决洪水及其演进的理论分析

崩滑堵江事件在世界范围内,尤其在山区广泛存在.溃坝后形成的洪水异常凶猛,洪峰高达几米至几十米,演进过程中常造成下游严重灾害.因此,崩滑堵江事件及其灾害链已严重影响人类的工程经济活动.本文对溃决洪水流量、洪峰及其演进过程进行了理论分析,建立了一套预测溃坝洪水特征的计算公式,并用实例验证,取得了较好的效果.     

基于改进SPH模型的溃坝洪水演进模拟方法

溃坝洪水演进模拟的准确性是制约水库洪水预演有效性的关键。基于光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH)方法提出了适用于溃坝洪水演进分析的数值模拟方法。通过设置溃口粒子与粒子库,基于黎曼不变量对SPH粒子状态进行修正,构建施加边界条件的改进SPH溃坝洪水演进模型,将SPH瞬时全溃整体模型转换为考虑溃口水流变化的入流边界模型,实现SPH方法与溃口计算模型的耦合。以Malpasset溃坝事件为例,检验了该模型计算溃坝洪水的精度,结果表明该模型精度相对较高,与实测值吻合较好;应用该模型模拟了某水库溃坝洪水演进预演过程,评估其对下游输水干渠及交叉建筑物排水倒虹吸的洪水冲击风险,结果表明在上游水库遭遇超标准洪水漫顶溃坝工况下,洪水演进至排水倒虹吸处的最大洪水位未超过校核洪水位。改进SPH模型精度高,可靠性强,与溃口计算模型耦合性好,可作为溃坝洪水演进模拟的通用手段之一。     

黄河下游高含沙洪水过程一维水沙耦合数学模型

采用浑水控制方程,建立了基于耦合解法的一维非恒定非均匀沙数学模型,用于模拟高含沙洪水演进时的河床冲淤过程.然后采用黄河下游游荡段1977年7—8月实测高含沙洪水资料对该模型进行率定,基于水沙耦合解法的各水文断面流量、总含沙量及分组含沙量的计算过程与实测过程符合更好,计算的沿程最高水位及累计河段冲淤量与实测值也较为符合.最后还采用2004年8月高含沙洪水资料对该模型进行了验证.模型率定及验证计算结果表明,采用一维水沙耦合模型计算高含沙洪水过程,能取得较高的精度.     

长江中下游河湖洪水演进的数值模拟

以长江中下游(宜昌-大通)防洪系统为对象,在水文、河道及湖盆地形现状条件下,建立了一个能适应各种复杂条件的一二维非恒定流模型,来进行长江干流、河网、湖泊、分蓄洪区垸及水库的洪水演进和调度仿真.所建模型的洞庭湖部分采用无结构网格二维非恒定有限体积格式,以适应湖区复杂的边界形状和保持水量平衡.河网区部分采用一维非恒定流显隐结合的分块三级算法,以准确实现河网汊点流量的自动分配和往复流动.为了提高模拟精度和扩展模拟功能,在水流数值模拟的范围内侧重讨论了内外动边界处理、分蓄洪运用及阻力项计算等环节,提出了合理可行的数值处理方法.采用20世纪80年代至90年代共6年汛期洪水资料对所建模型进行了严格的率定和检验,高精度的模拟结果证实了模型的合理性和有效性.     

基于EasyRiv1D模型的漳卫河流域河道洪水演进模拟研究

漳卫河中下游河道断面变化较大,该流域的洪水预报调度十分复杂。传统的水文学方法只是借助于历史洪水进行汇流参数率定,本文借助于水力学方法和河道实测断面,利用Easy Riv1D模型对河道洪水演进模拟研究,取得了较好的预报效果,可以为漳卫河流域的河道洪水演进提供技术支撑。     

基于水动力学模型的沿海城市洪水实时演进模拟

为了准确分析洪涝灾害对防洪体系现状的影响，做出相应的防洪减灾措施，以浙江省台州市灵江下游流域为研究区域，构建了基于Saint-Venant方程的水动力学耦合模型，对河道溃决洪水过程进行实时仿真模拟。综合考虑研究区域地形、气象、水文资料、水利工程、下垫面条件等因素，在一维河网模型和二维水动力学模型耦合衔接中，最大程度还原真实地形中河槽内外的水流交互淹没，借助研究区域内典型台风暴雨资料，率定验证本文建立的一维-二维耦合水动力学模型，检验后的模型可实现灵江下游沿岸城市不同量级设计洪水及历史洪水的实时淹没过程模拟。模型计算结果表明，该模型模拟复杂地形条件情况下流域洪水实时演进过程达到了较高精度，在水系沿程典型断面水位计算值与实测值误差不超过0.1 m。     

河道洪水实时预报的半自适应模型研究

提出和讨论了基于马斯京根流量演算河道洪水实时预报的半自适应滤波模型.在该模型中量测误差系列的协方差矩阵可以通过信息更新系列实时估计出来,只有模型误差系列的协方差矩阵需要预先给出.提出了一个处理区间入流较为合理、方便的方法.通过验证和应用说明了该模型的合理性.     

一维-二维耦合的防洪保护区洪水演进数学模型

针对防洪保护区溃堤及漫堤洪水演进数值模拟面临复杂计算域、河道-防洪保护区洪水耦合作用等问题,建立了基于侧向联解的一维-二维耦合水动力学模型.通过构造并求解Riemann问题实现一维-二维模型耦合,有效克服了基于堰流公式的传统方法难以处理模型间动量交换的缺点,也避免了堰流公式中流量系数选取的不确定性;提出了时间步长自适应匹配方法,解决了一维模型和二维模型时间步长不一致问题.算例研究表明,该模型可有效模拟河道-防洪保护区耦合系统中漫堤洪水和具有任意溃口形状的溃堤洪水演进过程,具有较好的推广应用价值.     

基于动力过程的冰湖溃决洪水侵蚀演化特征研究北大核心CSCD

冰湖溃决洪水具有范围广、持续时间长、危害大并经常伴随有泥石流发生等特点。目前针对冰湖溃决洪水动力演化特征的定量研究相对匮乏。为此,对次仁玛错冰湖溃决洪水灾害演化特征进行研究,以实地调查及多期遥感影像为基础,并采用泥沙输移模型和水动力模型耦合方法揭示冰湖溃决洪水侵蚀演化特征。模型基于精度为12.5 m的数字高程(DEM)地形数据,模拟反演1981年次仁玛错冰湖溃决洪水动力演化过程,与实测结果进行对比,验证模型的适用性和可行性,并对冰湖再次溃决进行预测分析,定量评价冰湖溃决洪水在演进过程中流深、流速、侵蚀和沉积特征。溃决洪水在演进过程中对章藏布支沟冰碛物及下游沟岸松散坡积物进行冲刷侵蚀,高含沙洪水逐渐演化为稀性泥石流,在707滑坡处流深8~10 m,最大流速13.7 m·s^(-1),侵蚀深度8~9 m。稀性泥石流在主沟沉积形成堰塞坝,坝高9~11 m,短暂堵塞波曲河。稀性泥石流对樟木口岸下游滑坡群坡脚进行冲刷侧蚀,侵蚀深度约10~13 m,易引发大规模次生灾害,稀性泥石流到达水电站处,淤埋水电站进水口,导致水电站失效。整体来看,溃决洪水在演进过程中,洪水对上游沟床及沟岸进行强烈的侵蚀夹带,洪峰流量增强,在中游,稀性泥石流对沟岸进行侧蚀,在沟道狭窄处流速增大,下切侵蚀增强,在沟道宽阔处,流速降低,固体物质沉积,整体达到冲淤平衡,洪峰流量随距离逐渐衰减,至下游,沟道地形开阔,流速放缓,稀性泥石流逐渐沉积,同时对沟道两岸进行侧蚀,整体为沉积。模型可以良好地揭示冰湖溃决洪水灾害侵蚀演化动力特征。     

基于风险分析确定水库汛限水位动态控制约束域研究

基于预报预泄原理推求水库汛限水位动态控制约束域,确定上限的依据是在洪水来临前将水位降低至固定(或者分期)汛限水位以下,确定下限的依据是在洪水退水阶段将水位回充至固定(或者分期)汛限水位以上.为充分考虑来水起涨、退水过程的不确定性,采用实测资料进行起涨阶段预泄和退水阶段回充调度,分别推求预泄末和回充末水位的经验频率分布,由此可建立风险分析模型,从理论上解决水库防洪标准不降低和退水阶段能回充等问题.以三峡水库正常运行期为背景,推求了主汛期汛限水位动态控制约束域的上、下限值,结果表明:即使不考虑水文预报误差,基于风险分析的动态控制域上限较采用预泄能力约束法上限低、下限高,提出的方法完善了基于预报预泄原理确定水库汛限水位动态控制域的理论.     

基于动库容曲线的水库调洪高水位查算方法研究

河道型水库因动库容特性显著,传统的静库容调洪方法难以适用,研究动库容调洪方法是亟待解决的问题。当坝前水位爬升到最高点时,库区内的洪水演进到达一种临界状态,库区内的水文、水力条件相对稳定,在出库流量和入库流量一定的情况下,可望获得最高坝前水位与同时刻库容之间良好的对应关系。依托三峡库区水文水动力耦合预报模型,建立了一组以出库流量、入库流量为参数的动库容曲线,以供调洪时快速查算最高坝前水位。采用2009年以来三峡水库16场场次洪水资料,检验所建动库容曲线的合理性。结果表明,各场洪水的最高库水位查算值与实况平均偏差仅0.20m,证明建立的基于动库容曲线的三峡水库最高库水位查算方法具有较好的实践价值。     

洪水超定量模型的广义Pareto分布及其应用

为了扩大洪水信息,提高洪水模拟精度,研究超定量洪水频率分析模型。介绍了洪水超定量模型的基本理论,假设超定量洪水年发生次数服从Poisson分布,超定量洪水系列服从广义Pareto(GP)分布,给出年最大超定量洪水分布和超定量洪水重现期的计算方法,提出通过模型拟合优度检验来综合确定超定量系列阈值的方法。将超定量模型应用在海河流域小觉站洪峰频率分析中,结果表明:通过模型拟合优度检验确定超定量系列阈值的方法有效且可靠,洪水超定量系列年平均发生次数服从Poisson分布,GP分布洪峰设计值略大于P-Ⅲ分布洪峰设计值,应用在水利工程设计及风险分析中是偏安全的。     

防汛决策支持系统总体设计与关键技术探讨

开发建设防汛决策支持系统是水利信息化的首要任务,也是水利现代化的起点和重要标志.本文分析了防汛决策过程,在此基础上探讨地市级防汛决策支持系统总体设计问题,讨论了系统实现中的一些关键技术问题.     

基于径流形成原理的若干洪水预报理论述评

对基于径流形成原理的洪水预报理论的近代研究成就作了较为系统的述评,并对其未来的发展作了一定的预示.     

基于预报及库容补偿的水库汛限水位动态控制研究

结合清江流域梯级水电站工程特性及防洪任务,以不降低梯级防洪标准为原则,建立基于预报及上游水布垭水库库容补偿的汛限水位动态控制模型,推求隔河岩水库汛期汛限水位动态控制方案。计算表明,该模型在不降低水库及梯级原有的防洪标准前提下,能有效利用上游水布垭水库的防洪库容,分担隔河岩水库部分防洪任务,并显著提高其发电量。其中,多年平均弃水量减少4．1444亿m~3,发电量增加1．2172亿kW·h。     

甘肃省境内典型小流域暴雨特性及洪水过程模拟研究

选取甘肃省境内11个典型小流域的水文站实测资料,在分析资料可靠性、一致性、代表性及暴雨洪水特性的基础上,综合利用水文学、数理统计学等理论和方法,建立了小流域最大暴雨量-暴雨历时关系模型、最大洪峰流量-流域特征关系模型。结果表明:各时段最大暴雨量较大值主要分布在泾河流域和嘉陵江流域东南部,较小值主要分布在渭河流域、洮河流域、嘉陵江流域的北峪河;绘制了各代表站最大暴雨量-暴雨历时关系曲线,嘉陵江流域以90min为转折点,其他流域均以180min为转折点,小于转折点时,暴雨量随暴雨历时增长而急剧增加,大于转折点后,变化趋于平缓稳定。重点选取危害较大、难以防范的330场次短历时暴雨洪水,建立各小流域暴雨洪水概化模型,短历时洪水发生时间很短,洪水起涨时间约2～5h,洪峰出现时间约5～7h。研究典型小流域水文要素变化规律,分析局地短历时暴雨洪水特性,并模拟其变化过程,对区域抗旱防汛减灾、水资源管理、小流域治理及生态环境保护具有重要意义。     

基于信息扩散理论的洪水风险评估模型的研究及应用--以阿克苏河流域新大河暴雨融雪型洪水为例

针对新疆一些河流实测洪水系列较短、传统的统计模型进行风险估计难以胜任的特点,引入了信息扩散理论的模糊数学方法,提出了洪水风险评估的实用模型,并以新疆阿克苏河流域新大河暴雨融雪型洪水为例,进行洪水风险估计,结果令人满意。