国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

基于MIKE FLOOD模型的漫溢洪水演進(jìn)研究

2017-03-29 05:01
水利建設(shè)與管理 2017年2期
關(guān)鍵詞:鐵路橋洪水長(zhǎng)大

張 利

(遼寧省水利水電科學(xué)研究院, 遼寧 沈陽(yáng) 110003)

基于MIKE FLOOD模型的漫溢洪水演進(jìn)研究

張 利

(遼寧省水利水電科學(xué)研究院, 遼寧 沈陽(yáng) 110003)

丹麥水力研究所開(kāi)發(fā)的MIKE FLOOD模型是在國(guó)內(nèi)外大量項(xiàng)目實(shí)踐中發(fā)展起來(lái)的,在中國(guó)洪水計(jì)算領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文以北沙河為研究對(duì)象,搭建了主河道一維和淹沒(méi)區(qū)二維的側(cè)向耦合模型,考慮了阻水建筑物及過(guò)水涵洞的影響,模擬漫溢洪水的演進(jìn)過(guò)程。

MIKE FLOOD; 漫溢; 洪水演進(jìn)

1 引 言

研究區(qū)域?yàn)樯蜿?yáng)市蘇家屯區(qū)北沙河唐家臺(tái)至長(zhǎng)大鐵路橋,河段長(zhǎng)34km,洪水主要來(lái)源于上游山區(qū)洪水和區(qū)間平原排水,河道兩岸現(xiàn)狀無(wú)堤防。根據(jù)歷史洪水調(diào)查和兩岸地勢(shì)分析,大洪水時(shí),河道兩岸地勢(shì)低洼地段均有可能發(fā)生洪水漫溢,需要建立全河段的漫溢洪水模型。

MIKE FLOOD是丹麥水力研究所開(kāi)發(fā)的一維和二維動(dòng)態(tài)耦合洪水模擬軟件[1],為河流與洪泛區(qū)、海洋與內(nèi)陸水道(海灣、內(nèi)陸湖)之間提供了有效的動(dòng)態(tài)連接方式,能夠很好地模擬潰堤、漫溢洪水,有很高的靈活性和模擬精度。該軟件已在丹麥、埃及、澳洲等國(guó)家和地區(qū)應(yīng)用多年,在國(guó)內(nèi)的長(zhǎng)江實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)、上海蘇州河治理、淮河流域水質(zhì)管理與應(yīng)用等大型項(xiàng)目中也得到了廣泛應(yīng)用,已納入全國(guó)重點(diǎn)地區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制項(xiàng)目系列軟件名錄。

2 洪水演進(jìn)模型的建立

2.1 模型基本原理

一維MIKE 11水動(dòng)力學(xué)模型為眀渠非穩(wěn)定流隱式有限差分格式模型,采用圣維南方程組,數(shù)值計(jì)算采用傳統(tǒng)的“追趕法”。離散方法采用六點(diǎn)隱式差分格式(Abbott格式),在每一個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)不同時(shí)計(jì)算水位和流量,按順序交替計(jì)算水位和流量,分別稱為h點(diǎn)和Q點(diǎn)(見(jiàn)圖1)。

圖1 Abott 格式水位點(diǎn)、流量點(diǎn)交替布置

二維模型采用MIKE 21中的FM模塊,為非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。模型依據(jù)描述平面水流運(yùn)動(dòng)的二維非恒定流方程組,共包括三個(gè)方程:水流連續(xù)性方程、水流沿x方向的動(dòng)量方程、水流沿y方向的動(dòng)量方程,形式如下:

式中h——水深;

ζ——水面高程;

p、q——x、y方向單寬流量;

C——謝才系數(shù);

g——重力加速度;

f——風(fēng)摩擦系數(shù);

V、Vx、Vy——風(fēng)速及在x、y方向分量;

Ω——柯氏力參數(shù);

Pa——大氣壓強(qiáng);

ρω——水密度;

S、Six、Siy——源匯項(xiàng)及在x、y方向分量;

τxx、τxy、τyy——有效剪切力分量。

MIKE FLOOD 模型耦合連接一維、二維模塊計(jì)算,可實(shí)現(xiàn)側(cè)向連接(見(jiàn)圖2),當(dāng)河道水位高于二維地形高程即開(kāi)始漫溢,漫溢型式為側(cè)堰。

圖2 MIKEFLOOD側(cè)向連接示意圖

2.2 邊界條件及網(wǎng)格劃分

建立主河道一維模型和淹沒(méi)區(qū)二維模型,河道兩側(cè)二維網(wǎng)格采用側(cè)向與一維河道模型連接[2-4],連接范圍為唐家臺(tái)至長(zhǎng)大鐵路橋。

一維模型上邊界取唐家臺(tái)斷面流量過(guò)程,區(qū)間入流采用分布式點(diǎn)源方式加入,為消除起點(diǎn)水位對(duì)水面線計(jì)算的影響,一維模型下邊界取研究河段下游10km自然斷面的水位流量關(guān)系,中間每隔1~1.5km布置一個(gè)斷面(見(jiàn)圖3);二維模型閉邊界根據(jù)地形、路網(wǎng)高程值并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)查勘確定,以沈陽(yáng)四環(huán)快速路、沈丹鐵路及丹阜高速公路為邊界,其他無(wú)明顯阻隔的區(qū)域根據(jù)一維水面線計(jì)算結(jié)果與地形高程確定邊界(見(jiàn)圖4)。

圖3 一維模型控制斷面位置示意圖

圖4 二維模型邊界示意圖

二維模型網(wǎng)格剖分以二維計(jì)算范圍作為邊界約束,以道路、河流等作為內(nèi)部約束,以北沙河邊灘為界將網(wǎng)格劃分為左、右岸兩部分,并沿主要阻水道路進(jìn)行網(wǎng)格剖分。模型區(qū)域面積251.4km2,平均網(wǎng)格面積0.0064km2,總計(jì)39117個(gè)不規(guī)則三角形網(wǎng)格。不規(guī)則網(wǎng)格對(duì)復(fù)雜地形的適應(yīng)性好,網(wǎng)格的邊可以沿著阻水建筑物,地形概化接近實(shí)際(見(jiàn)圖5)。

圖5 二維模型網(wǎng)格及主要道路示意圖

2.3 特殊問(wèn)題處理

對(duì)洪水分析有較大影響的跨河橋梁、攔河建筑物在洪水計(jì)算中作為計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理。阻水道路、過(guò)水涵洞等建筑物在二維地形模型中按照實(shí)際高程概化處理。

2.4 參數(shù)選取

河道參數(shù)率定比較困難,河段內(nèi)沒(méi)有洪痕和水文站實(shí)測(cè)流量過(guò)程線,主要參考已有規(guī)劃成果并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)查勘和專家咨詢確定。經(jīng)分析,北沙河陳相屯以上為單一U形河槽,糙率取0.025~0.032,陳相屯以下河道為復(fù)式河槽,主河槽糙率取0.03,灘地取0.08~0.1。

二維模型糙率以土地利用類型圖層為基礎(chǔ),參考省內(nèi)已有成果,按照樹(shù)叢、居民地、農(nóng)田等不同類型,賦予網(wǎng)格相應(yīng)的糙率,其中居民地取0.07~0.12,樹(shù)叢取0.065,旱田取0.06,水田取0.05,空地取0.035。

3 模擬結(jié)果分析

3.1 洪水演進(jìn)過(guò)程

北沙河河段河道兩岸地勢(shì)較高,現(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)20年一遇,超標(biāo)準(zhǔn)洪水50年一遇。經(jīng)計(jì)算,20年一遇洪水時(shí),洪水漫溢范圍較小,僅集中在沿河500m范圍內(nèi)的部分村莊。故主要介紹50年一遇洪水結(jié)果,模擬時(shí)長(zhǎng)為72h(見(jiàn)圖6)。

圖6 不同時(shí)刻漫溢演進(jìn)過(guò)程示意圖

3.2 合理性分析

以50年一遇洪水成果為例,長(zhǎng)大鐵路橋上游左岸淹沒(méi)范圍最大,淹沒(méi)面積2.1km2,最大水深2.62m,洪水漫溢后,沿長(zhǎng)大鐵路橋流向南側(cè)低洼地帶,在長(zhǎng)大鐵路橋與蘇長(zhǎng)線公路交叉處,水流沿公路穿過(guò)長(zhǎng)大鐵路橋,繼續(xù)向西南低洼地區(qū)漫延。一方面淹沒(méi)情況與預(yù)案比較吻合,另一方面,模型在蘇長(zhǎng)線與長(zhǎng)大鐵路橋交叉涵洞的洪水演進(jìn)過(guò)程比較符合實(shí)際情況(見(jiàn)圖7、圖8)。

圖7 防洪預(yù)案風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域與模型計(jì)算對(duì)比

圖8 長(zhǎng)大鐵路橋與蘇長(zhǎng)線公路交叉涵洞與模型概化

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)缺乏實(shí)測(cè)資料的北沙河河道,利用MIKE FLOOD一維、二維耦合漫溢洪水模型,河道兩岸均以側(cè)堰型式實(shí)現(xiàn)34km的大尺度耦合連接,成功模擬計(jì)算了漫溢洪水演進(jìn)過(guò)程。經(jīng)過(guò)多方面對(duì)比分析,保證了模擬結(jié)果的科學(xué)性。研究成果可為河道防汛、土地利用規(guī)劃等提供技術(shù)依據(jù),也可為其他河道漫溢模型搭建提供參考。

[1] 劉冀,李偉,張弛,等.碧流河水庫(kù)下游河道行洪能力及洪水淹沒(méi)模擬[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電,2008(2):22-25.

[2] 王智勇,陳永燦,朱德軍,等.一維—二維水動(dòng)力耦合的河湖系統(tǒng)整體水動(dòng)力模型[J].水科學(xué)進(jìn)展,2011,22(4):516-522.

[3] 張防修,韓龍喜,王明,等.主槽一維和灘地二維側(cè)向耦合洪水演進(jìn)模型[J].水科學(xué)進(jìn)展,2014,25(4):560-566.

[4] 賴錫軍,汪德?tīng)?非恒定流的一維、二維耦合數(shù)值模擬[J].水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào),2002,6(2):48-51

Research on overflowing flood routing based on MIKE FLOOD model

ZHANG Li

(LiaoningResearchInstituteofWaterResourcesandHydropower,Shenyang110003,China)

MIKE FLOOD model developed by Danish Water Resources Institute is developed in a lot of domestic and foreign projects. It is applied widely in the field of flood calculation in China. In the paper, Beisha River is adopted as a research object to establish a lateral coupling model of main river channel one-dimension and submerged area two-dimension. The influence of water-resistant building and water culvert are considered for simulating the overflowing flood routing process.

MIKE FLOOD; overflowing; flood routing

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.02.013

TV122

A

1005-4774(2017)02- 0050- 05

猜你喜歡
鐵路橋洪水長(zhǎng)大
采用樁基托換進(jìn)行既有鐵路橋加固分析
省道S273跨廣茂鐵路橋防落棚及防護(hù)架設(shè)計(jì)與施工
洪水時(shí)遇到電線低垂或折斷該怎么辦
又見(jiàn)洪水(外二首)
快快長(zhǎng)大
我長(zhǎng)大了
大跨度鐵路橋連續(xù)梁施工關(guān)鍵技術(shù)研究
外接式鋼-混組合桁架鐵路橋端節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)對(duì)比分析
該做的和不該做的
筑起堤壩,攔住洪水