線狀建筑物分洪區(qū)洪水演進(jìn)數(shù)值模擬

冰湖潰決洪水演進(jìn)模擬

洪水風(fēng)險(xiǎn)圖是進(jìn)行洪水風(fēng)險(xiǎn)分析,預(yù)防洪澇災(zāi)害的有效技術(shù)手段。文章基于mike21fm模型開展淮河流域泉潁片（豫）防洪保護(hù)區(qū)洪水演進(jìn)仿真模擬研究,獲取淹沒水深、歷時(shí)、到達(dá)時(shí)間、最大流速等洪水風(fēng)險(xiǎn)信息,結(jié)果表明該模型計(jì)算效率高、穩(wěn)定性好、模擬精度高、模擬結(jié)果合理,成果可為淮河流域泉潁片（豫）防洪保護(hù)區(qū)的防汛救災(zāi)工作提供技術(shù)支撐。

洪水風(fēng)險(xiǎn)圖是進(jìn)行洪水風(fēng)險(xiǎn)分析,預(yù)防洪澇災(zāi)害的有效技術(shù)手段。文章基于mike21fm模型開展淮河流域泉潁片（豫）防洪保護(hù)區(qū)洪水演進(jìn)仿真模擬研究,獲取淹沒水深、歷時(shí)、到達(dá)時(shí)間、最大流速等洪水風(fēng)險(xiǎn)信息,結(jié)果表明該模型計(jì)算效率高、穩(wěn)定性好、模擬精度高、模擬結(jié)果合理,成果可為淮河流域泉潁片（豫）防洪保護(hù)區(qū)的防汛救災(zāi)工作提供技術(shù)支撐。

高含沙洪水通過黃河下游河道時(shí)往往發(fā)生嚴(yán)重淤積,因此,數(shù)值模擬研究高含沙洪水的演進(jìn)過程,對(duì)理論研究及實(shí)際工程需求均具有重要意義。以往的泥沙數(shù)學(xué)模型通常不考慮高含沙量對(duì)水流控制方程的影響,而這將會(huì)影響高含沙洪水演進(jìn)過程的模擬。本文建立了黃河下游高含沙洪水演進(jìn)過程的一維非恒定非均勻沙數(shù)學(xué)模型,該模型不僅在水流控制方程組中采用渾水的連續(xù)方程與動(dòng)量方程,而且通過引入灘槽劃分及\"二級(jí)懸河\"處理等技術(shù)考慮黃河下游復(fù)雜地形下的水沙演進(jìn)。以1977年的典型高含沙洪水過程為例,分析高含沙量對(duì)洪水演進(jìn)的影響,并率定出模型中的恢復(fù)飽和系數(shù)、不飽和系數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)。將率定后的模型參數(shù)應(yīng)用于1992年下游實(shí)測洪水的模擬,驗(yàn)證模型的適用性。計(jì)算結(jié)果表明:考慮高含沙的影響后,洪峰流量、水量、傳播時(shí)間的模擬誤差減小,說明在數(shù)值模擬高含沙洪水的演進(jìn)中有必要采用渾水控制方程。

南水北調(diào)中線總干渠在河南省安陽市穿越洪河,其交叉建筑物形式為倒虹吸,且交叉工程上游有急流從五六渠下泄旁側(cè)入?yún)R。文中討論了旁側(cè)入?yún)R的五六渠消力池段水躍區(qū)水流間斷性問題,提出了一種在明渠流動(dòng)中簡化的水躍區(qū)數(shù)值模擬方式。通過建立平面二維數(shù)學(xué)模型,對(duì)洪河交叉工程河段進(jìn)行了平面數(shù)值模擬,對(duì)交叉工程河段洪水特性進(jìn)行了專題研究。模擬結(jié)果表明這種簡化處理方法實(shí)用可靠,能夠反映水躍區(qū)水深共軛關(guān)系與能量損失關(guān)系,較好解決了五六渠急流入?yún)R的水流模擬問題。

對(duì)于河道寬灘區(qū)修建的風(fēng)電場工程,其風(fēng)機(jī)塔筒群的阻水作用可能會(huì)對(duì)所在河段的洪水演進(jìn)及河勢穩(wěn)定有所影響,必須予以了解和評(píng)估。本文基于mike21軟件,建立了某風(fēng)電場所在河段的二維平面水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型,并對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。在驗(yàn)證洪水條件下,特征斷面模擬水位與設(shè)計(jì)水位的相對(duì)誤差均小于1%,表明模型阻力參數(shù)設(shè)置比較可靠。對(duì)風(fēng)電場所在灘區(qū)的水流阻力進(jìn)行了概化處理,然后運(yùn)用模型開展了風(fēng)電場工程建設(shè)前、后兩種條件下設(shè)計(jì)特征洪水的數(shù)值模擬,得到了該河段在設(shè)計(jì)特征洪水演進(jìn)過程中的水深、流速等數(shù)據(jù)。通過對(duì)比分析工程壅水及主流線位置變化可知,該灘區(qū)風(fēng)機(jī)塔筒群引起的工程壅水較低、流速變化較小、主流線位置變化不大,不會(huì)引起該河段河勢的明顯變化。研究成果對(duì)灘區(qū)風(fēng)電場工程規(guī)劃設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

對(duì)于河道寬灘區(qū)修建的風(fēng)電場工程,其風(fēng)機(jī)塔筒群的阻水作用可能會(huì)對(duì)所在河段的洪水演進(jìn)及河勢穩(wěn)定有所影響,必須予以了解和評(píng)估。本文基于mike21軟件,建立了某風(fēng)電場所在河段的二維平面水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型,并對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。在驗(yàn)證洪水條件下,特征斷面模擬水位與設(shè)計(jì)水位的相對(duì)誤差均小于1%,表明模型阻力參數(shù)設(shè)置比較可靠。對(duì)風(fēng)電場所在灘區(qū)的水流阻力進(jìn)行了概化處理,然后運(yùn)用模型開展了風(fēng)電場工程建設(shè)前、后兩種條件下設(shè)計(jì)特征洪水的數(shù)值模擬,得到了該河段在設(shè)計(jì)特征洪水演進(jìn)過程中的水深、流速等數(shù)據(jù)。通過對(duì)比分析工程壅水及主流線位置變化可知,該灘區(qū)風(fēng)機(jī)塔筒群引起的工程壅水較低、流速變化較小、主流線位置變化不大,不會(huì)引起該河段河勢的明顯變化。研究成果對(duì)灘區(qū)風(fēng)電場工程規(guī)劃設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

基于abbott六點(diǎn)中心隱式差分格式的河道一維非恒定水流模型和平底寬頂堰堰流公式計(jì)算堤防潰口流量過程,構(gòu)建了根據(jù)非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的有限體積法離散的二維水動(dòng)力模型,并模擬了堤圍內(nèi)洪水過程,計(jì)算了變電站站址處潰堤設(shè)計(jì)水位,采用水量平衡法驗(yàn)證了二維水動(dòng)力模型的計(jì)算結(jié)果。實(shí)例結(jié)果表明,水動(dòng)力模型可為堤圍內(nèi)變電站的設(shè)計(jì)提供可靠的技術(shù)支持,供借鑒。

目前國內(nèi)外研究建成水庫潰壩洪水模擬及影響分析的較多,對(duì)水庫施工期潰壩洪水研究較少。文章以模擬欽寸水庫施工期潰壩洪水為例,研究水庫施工期潰壩概率,可能發(fā)生的水庫潰壩形式,潰壩洪水計(jì)算方法、淹沒范圍及影響分析等。為其它處于施工期的水庫潰壩洪水模擬分析提供參考。

景洪水電站泄洪建筑物設(shè)計(jì)——文章簡要介紹了景洪水電站泄洪消能方案的選擇、“寬尾墩一消力池”新型聯(lián)臺(tái)消能工在本工程中的應(yīng)用以及主要泄洪建筑物的設(shè)計(jì)　　

采用無結(jié)構(gòu)不規(guī)則網(wǎng)格技術(shù)對(duì)滯洪區(qū)地形進(jìn)行自動(dòng)剖分,根據(jù)三維流體動(dòng)力學(xué)方程建立了適合滯洪區(qū)計(jì)算的一、二維洪水模擬模型,將地形條件概括為地面型通道、河道通道、特殊型通道和連續(xù)堤或缺口堤4種通道對(duì)方程進(jìn)行了離散,利用天津市大清河滯洪區(qū)的實(shí)測資料對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果吻合較好,并模擬了百年一遇洪水在本滯洪區(qū)的演進(jìn)情況.為防洪減災(zāi)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了可靠的依據(jù).

以樂昌峽水利樞紐工程壩下防護(hù)范圍為研究對(duì)象,建立了水庫下游河道及兩岸淹沒區(qū)一、二維聯(lián)解洪水演進(jìn)水流數(shù)學(xué)模型。采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行率定和驗(yàn)證,結(jié)果表明所建模型具有較高的計(jì)算精度和可靠度。針對(duì)工程動(dòng)庫調(diào)洪演算成果,選取典型洪水下的不同防洪調(diào)度方案進(jìn)行了模擬計(jì)算,給出了各工況下水庫下游河道沿程各特征斷面的洪水風(fēng)險(xiǎn)信息,為進(jìn)行淹沒區(qū)的洪災(zāi)損失評(píng)估及相應(yīng)的防洪調(diào)度決策提供了必要的參數(shù)和依據(jù)。

通過對(duì)采動(dòng)區(qū)建筑物移動(dòng)變形及附加應(yīng)力數(shù)值模擬研究,建立了建筑物移動(dòng)變形與地表移動(dòng)變形之間的系列關(guān)系式;總結(jié)出建筑物附加地基反力和附加水平應(yīng)力的分布變化規(guī)律;無論建筑物位于地表下沉盆地什么位置,建筑物都是下部應(yīng)力最大,要增大建筑物的抗變形能力,重點(diǎn)應(yīng)對(duì)建筑物下部基礎(chǔ)進(jìn)行加固;地基越軟,建筑物附加應(yīng)力越小,適當(dāng)軟化地基可以減小建筑物的附加應(yīng)力,從而達(dá)到保護(hù)采動(dòng)區(qū)建筑物的目的。

以錦屏二級(jí)水庫為例,利用dambrk和一維水動(dòng)力模型模擬多種組合工況下水庫潰壩和洪水演進(jìn)過程,并對(duì)計(jì)算得到的潰口流量及下游洪水演進(jìn)結(jié)果進(jìn)行分析.根據(jù)潰壩洪水模型計(jì)算獲得的水庫下游地區(qū)洪水淹沒情況,綜合考慮洪水的危險(xiǎn)性、暴露性和易損性,利用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)水庫下游8個(gè)重要鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行了洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)結(jié)果可以為該流域進(jìn)行安全應(yīng)急預(yù)案制定、洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理等提供技術(shù)參考.

南水北調(diào)中線工程運(yùn)行階段的風(fēng)險(xiǎn)是工程管理者關(guān)注的焦點(diǎn)之一。以往的研究只單純考慮水文不確定性或工程結(jié)構(gòu)不確定性,研究結(jié)果也只提供交叉建筑物在其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)概率,不能給出不同洪水條件下的工程風(fēng)險(xiǎn),對(duì)運(yùn)行階段的風(fēng)險(xiǎn)管理意義不大。通過綜合考慮水文不確定性和工程結(jié)構(gòu)不確定性,提出適用于交叉建筑物在各種洪水條件下的失效風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型,該模型可以給出交叉建筑物在各種洪水條件下的失效風(fēng)險(xiǎn)。以河南省境內(nèi)湍河梁式渡槽為例,建立渡槽失效故障樹以及各種失效模式的極限狀態(tài),給出了一套可適用于渡槽水毀失效風(fēng)險(xiǎn)估算的方法。

考慮溝渠倒灌、退水對(duì)防洪保護(hù)區(qū)潰堤洪水演進(jìn)的影響,采用有限體積法建立了防洪保護(hù)區(qū)的二維洪水演進(jìn)模型,分別采用二階tvd格式和二階runge-kutta方法對(duì)計(jì)算區(qū)域的空間離散和時(shí)間離散求解,定量分析了潰口寬度和溝渠倒灌、退水對(duì)防洪保護(hù)區(qū)洪水演進(jìn)及淹沒范圍的影響,并用水面線平鋪得到的淹沒線對(duì)模型計(jì)算淹沒范圍進(jìn)行了驗(yàn)證。研究表明:潰口寬度每增加50m,區(qū)內(nèi)蓄洪量相差8%左右,潰口越寬,水位上漲越高,但最大水深隨時(shí)間的變化不明顯,淹沒范圍的變化率較小,最大淹沒范圍相差約1.8%;溝渠退水和支流倒灌的作用非常明顯,最大蓄洪量和最大淹沒范圍相差60%以上。與潰口寬度增大相比,溝渠倒灌、退水會(huì)造成更大的淹沒損失。

建筑物繞流是一種典型的鈍體繞流形式,而鈍體繞流通常具有非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)特征,本文主要工作是對(duì)建筑物繞流的非穩(wěn)態(tài)流場進(jìn)行數(shù)值模擬研究。首先采用了rngk-ε模型對(duì)方柱繞流進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬研究,通過與實(shí)驗(yàn)以及大渦模擬結(jié)果進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)rngk-ε模型可以獲得滿意結(jié)果;接著又對(duì)一種典型的建筑物繞流形式進(jìn)行數(shù)值模擬研究,分別采用了穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)模擬方法,模擬結(jié)果表明了采用非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬方法可以獲得與實(shí)驗(yàn)以及大渦模擬更為接近的結(jié)果。

由于我國的防洪措施不完善,人口密度相對(duì)較大,洪水發(fā)生時(shí)會(huì)造成嚴(yán)重的損失。如何合理的對(duì)河道進(jìn)行設(shè)計(jì),計(jì)算河道的洪水水位,預(yù)測洪水的演進(jìn)路線和破壞力,對(duì)抗洪搶險(xiǎn)有著重要意義。隨著數(shù)值模擬在水利工程中的應(yīng)用,對(duì)水力特性研究和洪水演進(jìn)提供了較好的模擬數(shù)據(jù)。以公路橋到水利樞紐間的44km河道為研究對(duì)象,首先建立了淺水運(yùn)動(dòng)控制方程,并對(duì)該方程進(jìn)行離散化。隨后采用mike11hd和hec-ras兩種差分格式對(duì)洪泛區(qū)河道行洪能力進(jìn)行數(shù)值模擬,分析了兩種軟件計(jì)算水位情況。研究表明:由于兩種軟件的水力半徑不同,hec-ras軟件的計(jì)算水位較高。

為研究白石水庫泥沙沖淤特性,選取水庫大壩至上游bd20斷面,分別模擬汛期典型洪水過程和百年一遇洪水過程,分析洪水過程泥沙沖淤變化。結(jié)果表明,白石水庫洪水期間最大輸沙量與最大流量并不同步,在庫區(qū)彎道處凹岸庫底沖刷、凸岸庫底淤積;同一斷面的洪峰流量、最大輸沙率不同步;洪水過后,淤積厚度隨控制水位的升高而減小。

利用roms(regionaloceanmodelingsystem)建立了九龍江河口區(qū)三維水動(dòng)力與泥沙輸運(yùn)數(shù)值計(jì)算模式.模式模擬了九龍江河口區(qū)在洪水期間的懸沙濃度變化過程,將模擬結(jié)果和實(shí)測資料進(jìn)行比較,兩者吻合較好.在此基礎(chǔ)上,對(duì)河口區(qū)在洪水期間各潮時(shí)的懸沙濃度變化以及洪水造成的沖於情況進(jìn)行分析.結(jié)果表明:洪水期九龍江河口區(qū)的泥沙濃度受潮汐和上游來沙的共同影響,表現(xiàn)出較強(qiáng)的規(guī)律性;低潮時(shí),在雞嶼斷面附近存在表層泥沙濃度大于底層泥沙濃度的過程,該過程持續(xù)1h左右;一個(gè)洪水過程泥沙在九龍江口的淤積厚度可達(dá)2~3cm.

運(yùn)用計(jì)算水力學(xué)的基本理論,采用二維水流數(shù)學(xué)模型進(jìn)行河流泄洪能力的數(shù)值模擬,借助于sms地表水軟件,分別模擬了河流在不同濕地面積、濕地寬度及不同植物糙率條件下,河流洪水位的抬升情況。結(jié)果表明,不同濕地寬度對(duì)泄洪水位的影響,最終歸結(jié)為主槽寬度的變化對(duì)泄洪水位的影響。主槽寬度相對(duì)于濕地面積及植物糙率,對(duì)洪水位的抬升影響較大,且主槽寬度越小,水位漲幅越大。對(duì)于在河流中如何布置和種植人工濕地及濕地植物的選取具有一定的指導(dǎo)作用。

某雙線盾構(gòu)隧道近距離旁穿一幢12層高層建筑,為合理評(píng)估隧道施工對(duì)建筑物的影響,進(jìn)行了考慮盾構(gòu)動(dòng)態(tài)施工及排樁加固的的遠(yuǎn)端(左線)、近端(右線)以及雙線均開挖后隧道橫斷面及建筑物沉降的flac3d數(shù)值模擬分析,并對(duì)工程現(xiàn)場進(jìn)行了沉降實(shí)測。數(shù)值模擬和實(shí)測結(jié)果表明:不采取加固措施,建筑物基礎(chǔ)靠近隧道側(cè)的最大沉降為5.2mm,最大水平位移達(dá)25.8mm;基地土體出現(xiàn)拉剪破壞;數(shù)值模擬分析結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果較為一致;若采用排樁加固,建筑物基礎(chǔ)靠近隧道側(cè)的最大沉降為2.4mm,最大水平位移不足10mm,基地土體未出現(xiàn)拉剪破壞;排樁加固能有效降低圍巖變形及地表沉降,有利于建筑物的保護(hù)。