溃坝洪水的一维、二维耦合模拟

为了给防汛指挥机关进行有计划撤离提供科学依据,探讨了溃坝洪水演进规律.针对山区水库地形的复杂性,建立一种溃坝洪水模拟的一维、二维耦合模型,采用交错网格、线性递推、交替隐格式求解.运用此模型对某水库溃坝洪水进行模拟,对溃坝洪水向下游推进过程、以及洪水漫堤后向下游城镇的演进过程进行水动力学模拟,得出水位和流速的沿程分布,实现水流的快速预报.此模型对山区水库的溃坝洪水模拟具有很强的实用性.     

溃坝洪水的数学模型应用

根据溃坝洪水传播和运动的特点,采用守恒性较好和能够捕捉间断波的有限体积法,建立了一个包括上游库区洪水演进、溃坝过程和下游淹没影响区洪水演进的溃坝洪水数学模型,并采用经验公式和实验结果分别对溃口流量和二维溃坝洪水传播进行了验证.利用所建立的数学模型对某水库溃坝洪水演进和传播过程进行了模拟计算,溃口流量变化过程、坝上水位变化、溃坝洪水淹没过程和水量守恒等结果分析,表明所建立的溃坝洪水数学模型能较好地模拟洪水从库尾向坝址的传播以及溃坝洪水在下游淹没影响区的演进过程,并且模型计算结果完全能满足水量守恒,可以用于实际工程计算.     

溃坝洪水演进数值模拟研究

采用基于MacCormack预测——校正技术的隐式数值格式求解控制水流运动的二维浅水方程,建立了模拟大坝瞬间全溃或局部溃倒所致的洪水演进过程的数学模型。应用该模型对单宽一维瞬间溃坝的水位、流速进行了数值计算,并与理论解进行了比较;最后用该模型预测了矩形河道中大坝瞬间局部溃倒时的洪水演进过程,并对模拟结果进行了定性分析。算例说明该数学模型对模拟溃坝洪水波很有效。     

一维洪水演进数学模型研究及应用

从求解一维对流方程的Holly-Preissmann格式出发,结合有限差分法建立了一维洪水演进数学模型.并根据实验室溃坝实验结果与溃坝理论解对新建模型的计算精度进行了分析,模型计算结果与实验结果及溃坝理论解均十分吻合,表明模型具有相当高的计算精度.最后将模型应用于长江荆江河段洪水演进计算,取得了较好的结果.     

台风暴雨影响区溃坝洪灾淹没损失评估

东南沿海地区受台风暴雨影响易发生山洪、诱发水库溃坝,且水库下游区域往往地势低洼开阔,易积水而出现大面积内涝,对溃坝洪水演进产生一定影响.采用能够考虑下游初始淹没水深的二维洪水演进模型计算溃坝洪水过程,阐述了溃坝洪水数值计算方法、洪水淹没损失分类及损失率确定方法,建立溃坝洪灾淹没损失评估模型.以戍浦江流域为例,确定溃坝洪灾损失率与淹没水深等级关系,对淹没区进行溃坝洪灾淹没损失评估.计算结果表明：水库一旦发生溃坝,洪灾将造成83亿元经济损失,下游社会和生态环境遭到严重破坏,采取有效的预警措施能够显著减少下游的人员伤亡及经济损失.通过溃坝灾害评估,有助于提高水库安全管理水平,为制定防洪避险预案提供支持.     

台风暴雨影响区域的溃坝洪水演进数值计算

针对东南沿海受台风暴雨影响流域中下游地势较低洼开阔,在台风暴雨过程中容易积水,存在大面积初始水深,出现较严重内涝的特点,建立考虑下游区域初始内涝水深的二维溃坝洪水演进数值模型.基于数字高程模型(DEM)的地形数据和矩形网格,采用有限体积法和逼近黎曼格式及逆风守恒格式求解方程,并以戌浦江流域为典型,重点分析该流域存在内涝时上游水库发生溃坝的洪水演进特点.结果表明,溃坝洪水受下游初始淹没水深的顶托,下游区域的淹没水深并不是初始淹没水深和不考虑初始淹没水深溃坝计算所得水深的简单叠加,越往下游初始淹没水深对计算结果的影响越大;如果在计算中不考虑初始淹没水深,将会明显错误地估计洪水所带来的灾害风险.     

基于OpenGL的溃坝洪水实时交互仿真显示

随着计算机技术的突飞猛进,三维空间可视化技术逐步得到应用,将计算机图形学和虚拟现实技术应用于科学计算领域已成为当前研究热点之一.基于平面二维溃坝水流模型、VC和Fortran的混编技术以及OpenGL三维显示技术研制开发了实时交互可视化系统,本系统采用驾驭式交互视算,计算和显示同时进行,并实现人机交互,对溃坝洪水过程进行实时仿真显示,为溃坝洪水演进模拟和分析提供一种科学有效、身临其境的可视化途径.     

基于有限体积HWENO格式的一维溃坝流模拟

基于浅水波方程组建立一维溃坝流模型,并给出数值模拟结果.其中,空间离散采用HWENO(Hermit Weighted Es-sentially Non-Oscillatory)格式,时间离散采用四步TVD(Total Variation Diminish-ing)Runge-Kutta方法,模拟堤坝渍决时洪水演进过程.模拟结果表明:较采用WENO格式所得数值解更精确;同时,相比WENO格式的相应算法,该算法解决一维渍坝流问题能更有效地减弱振荡,对间断具有更高的分辨率.     

尾砂库溃坝洪水演进过程模拟

为全面评价尾砂库溃坝风险,主动应对可能出现的溃坝事故灾难,以黄荆坝尾砂库为例,建立溃坝洪水演进数学模型,经过模拟分析,得出了溃口流量过程和重要区域淹没情况.结果表明,溃坝初期溃口流量不断增加,随着库水位不断降低,溃口流量随后逐渐减小;黄荆坝上游来水越大,尾矿库发生溃决的的时间越短,淹没范围和淹没水深越大.     

弯道溃坝水流的三维数值模拟

基于Flow-3D软件,采用RNG k-ε模型和VOF法,建立了分析溃坝洪水的水流三维数学模型,计算了溃坝洪水通过90°直角弯道模型试验并进行验证,计算结果表明物理试验与数值模拟结果中渠道内洪水水面线与试验实测值吻合度很高,说明所建模型的正确性。随后采用所建数学模型模拟计算了某实际弯曲河流的溃坝洪水传播过程,计算结果表明河流对溃坝波传播的影响随着河道弯曲率的增大而减小,溃坝波在通过弯道时在凹岸处水位高于凸岸,在实际工程中应注意对河道凹岸的加高,并且随着河道曲率的减小两岸的水位高差逐渐增大,凹岸所需加高的高度也越大。更多还原     

新疆克孜河泥石流天然坝体溃决模拟分析

分别采用瞬时溃决模型和逐步溃决模型对新疆克孜河泥石流天然坝的溃决洪峰流量及其向下游的演进情况进行了模拟分析,结果表明：瞬时渍决模型的计算结果与实测溃坝洪峰流量偏差较大,而逐步溃决模型的计算结果则接近实测值;采用逐步溃决模型计算时,计算时段的取值及溃口流量系数的取值对计算结果有一定的影响．     

Simulation of dike-break processes in the Yellow River

Although dike-break and dam-break processes have similar unsteady and discontinuous hydrodynamic characteristics, there are significant differences. In general, dam-break simulations focus on the flood discharge, whereas dike-break simulations are required to provide detailed information on the hydraulic and breach evolution processes, such as pit-scour and breach-expansion. In order to overcome the difficulties inherent in applying existing dam-break models to dike-breaks, this paper presents an integrated model that combines the shallow water, sediment transport, riverbed deformation and breach-expansion equations. A Godunov-type finite volume method is used for the flow simulation, based on a fixed quadtree grid system. The hydro-dynamic aspects of the model are validated for an idealized rectangular dam break. A representative reach in the Yellow River is selected at a location where there is a significant risk of a dike-break, and full-scale topographic and hydrologic data are available. Typical di     

任意多边形网格2D FVM模型及其在城市洪水淹没中的应用

为了减轻城市因溃堤、水库溃坝、或超标洪水而引起的巨大财产损失与人员伤亡，准确模拟计算这类洪水的时空演进规律就显得特别重要。然而，城市区域内的各类构筑物常因形态各异、边界复杂，计算中如何考虑其影响成为研究者必须面对的一大问题。为此，基于二维浅水波方程，提出了任意多边形网格有限体积离散的洪水模拟模型。通过在日本富士川流域内甲府盆地的实际应用，验证了该数值模拟模型，结果也表明：该模型运行可靠、精度较高、能更好地反映洪水波的运动特性，更适合评价城市洪水风险与损失、研制防洪风险图、预警系统和应急预案。     

水库溃坝洪水预测方法研究及应用

为了研究区域洪水风险、开发区域防洪风险图、预警系统和各种紧急预案,溃坝洪水因其突发性与破坏性极强,对区域可持续发展构成严重威胁,成为防洪研究中的重要内容.为此,提出了将参数模型、物理成因模型和瞬时全溃模型等有机结合来研究溃坝洪水,通过在四川省广安市全民水库的实际应用,结果表明:将以上3种模型有机结果能够提高溃坝洪水预测精度、并且也能确定其可能的变化范围,从而为制定有效的防洪措施或实际运行中是否启动应急预案提供决策依据.     

间断洪水波高精度数值模拟与应用

基于守恒型浅水二维方程,采用三单元模板的加权本质无震荡(WENO)格式插值界面两侧守恒变量,并采用Roe方法计算界面处数值通量,建立了平面二维溃坝水流数学模型.为使模型总体精度不致因为时间离散而降低,源项采用三阶Runge-Kutta方法进行处理,时间步进采用自适应步长法.验证结果表明数学模型计算结果与精确解基本一致,间断处数值解无明显震荡,具有高分辨率和高精度.数学模型应用于坝体溃决后水流在干河床上运动、河道部分堤防溃决后水流同时在河道以及洪泛区的演进过程以及天然复杂地形条件下实际工程溃堤方案的比选等预测计算.