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溃口近区二维数值模拟与溃坝洪水演进耦合

杨志 冯民权

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溃口近区二维数值模拟与溃坝洪水演进耦合

  • 中图分类号: TV122+.4

2D numerical simulation of breach area and coupling simulation of dam breach flood

  • 摘要: 基于黏土心墙砂石坝的溃决过程,以及溃坝洪水传播和运动的特性,建立黑河金盆水库大坝溃口近区二维数值模型和下游地区溃坝洪水演进耦合数学模型。使用DAMBRK法计算逐渐溃坝,并应用其结果进行后续模拟。采用Abbott Ionescu六点隐式有限差分格式求解一维模型,采用单元中心的有限体积法求解二维模型方程。采用侧向连接方式,将黑河两岸计算水位点与二维网格单元相连,实现一、二维模型的耦合。采用所建立的二维模型对溃口近区进行计算与模拟,得到计算区域某一时刻的水深及流速分布。应用所建耦合模型对黑河金盆水库万年一遇入库洪水漫顶致溃坝洪水进行数值模拟,得到一维河道内各断面的水位和流量变化过程,以及二维计算区域内不同时刻的水深分布图、流速矢量图和淹没范围变化过程。溃口的形成过程不仅包括漫顶水流的直接作用,同时包括溃口形成过程中两侧漩涡状水流的反冲刷作用。耦合模型可以同时兼顾河道内的水流变化以及河道外计算区域内的洪水演进过程,从而减少由于计算结果偏大或偏小所带来的防洪资源浪费和防洪措施不利等不良影响。
  • [1] 宁聪傅志敏王志刚 . HEC-RAS模型在二维溃坝洪水研究中的应用. 水利水运工程学报, 2019, (2): 86-92. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.02.012
    [2] 刘明维曾丽琴陈刚沈立龙牟治忠王明镜 . 内河框架码头桩柱绕流水动力特性的二维数值模拟. 水利水运工程学报, 2020, (1): 74-83. doi: 10.12170/20181204005
    [3] 欧阳澍刘成林程永舟王文森王小明 . 透空潜坝附近水流特性的数值模拟. 水利水运工程学报, 2019, (1): 109-118. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.01.014
    [4] 戚蓝曾庆达吉顺文 . 天然河道丁坝群局部冲刷三维数值模拟. 水利水运工程学报, 2020, (1): 59-65. doi: 10.12170/20180920001
    [5] 姚原顾正华李云辜樵亚范子武 . 森林覆盖率变化对流域洪水特性影响的数值模拟. 水利水运工程学报, 2020, (1): 9-15. doi: 10.12170/20190501003
    [6] 戚蓝肖厅厅张芝永黄君宝 . 涌潮水流CFD数值模拟. 水利水运工程学报, 2019, (3): 32-40. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.03.005
    [7] 傅志敏杜汶桐孟颖王志刚 . 基于GeoDam-BREACH与Graham法的溃坝生命损失估算. 水利水运工程学报, 2019, (2): 93-98. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.02.013
    [8] 周舟曾诚周婕王玲玲丁少伟 . 等宽明渠交汇口流速分布特性数值模拟. 水利水运工程学报, 2020, (1): 32-39. doi: 10.12170/20190501005
    [9] 王丹青许有鹏王思远王强袁甲胡尊乐 . 城镇化背景下平原河网区暴雨洪水重现期变化分析——以太湖流域武澄锡虞区为例. 水利水运工程学报, 2019, (5): 27-35. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.05.004
    [10] 周睿程永光吴家阳 . 基于浸没边界法的水库变动水面模拟及验证. 水利水运工程学报, 2020, (1): 66-73. doi: 10.12170/20180821001
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出版历程
  • 刊出日期:  2015-02-09

溃口近区二维数值模拟与溃坝洪水演进耦合

  • 1. 西安理工大学 陕西省西北旱区生态水利工程重点实验室
基金项目:  国家重点基础研究发展计划(973 计划)项目(2012CB723201);中央财政支持地方高校发展专项资金特色重点学科资助项目(106-00X101,106-5X1205)

摘要: 基于黏土心墙砂石坝的溃决过程,以及溃坝洪水传播和运动的特性,建立黑河金盆水库大坝溃口近区二维数值模型和下游地区溃坝洪水演进耦合数学模型。使用DAMBRK法计算逐渐溃坝,并应用其结果进行后续模拟。采用Abbott Ionescu六点隐式有限差分格式求解一维模型,采用单元中心的有限体积法求解二维模型方程。采用侧向连接方式,将黑河两岸计算水位点与二维网格单元相连,实现一、二维模型的耦合。采用所建立的二维模型对溃口近区进行计算与模拟,得到计算区域某一时刻的水深及流速分布。应用所建耦合模型对黑河金盆水库万年一遇入库洪水漫顶致溃坝洪水进行数值模拟,得到一维河道内各断面的水位和流量变化过程,以及二维计算区域内不同时刻的水深分布图、流速矢量图和淹没范围变化过程。溃口的形成过程不仅包括漫顶水流的直接作用,同时包括溃口形成过程中两侧漩涡状水流的反冲刷作用。耦合模型可以同时兼顾河道内的水流变化以及河道外计算区域内的洪水演进过程,从而减少由于计算结果偏大或偏小所带来的防洪资源浪费和防洪措施不利等不良影响。

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