大沽夾河流域水文水動(dòng)力耦合模型研究及應(yīng)用.pdf

1、丘陵、平原混合地區(qū)流域下墊面變化劇烈、產(chǎn)匯流條件復(fù)雜，河道內(nèi)水流運(yùn)動(dòng)不僅受上游來(lái)水的作用，而且還受下游回水頂托、其它支干流流量等因素的影響，傳統(tǒng)的流域水文模型中河網(wǎng)匯流部分無(wú)法描述這些影響因素而導(dǎo)致流域出口斷面的洪水預(yù)報(bào)精度降低。針對(duì)這一問題，本文以煙臺(tái)大沽夾河流域?yàn)檠芯繉?duì)象，首先在水文學(xué)方法中加入河道水流運(yùn)動(dòng)物理機(jī)制的描述，建立適合于丘陵、平原混合地區(qū)的水文學(xué)模型和水力學(xué)模型，以求盡可能地反映流域匯流真實(shí)情況;其次借助計(jì)算機(jī)等工具求解

2、圣維南方程組，得到河道內(nèi)不同斷面的流量和水位，以補(bǔ)充傳統(tǒng)洪水預(yù)報(bào)無(wú)法得到的信息，提高預(yù)報(bào)精度;最后，將模型應(yīng)用于研究大沽夾河的洪水預(yù)報(bào)和分析流域控制斷面的過流能力。本文主要的研究?jī)?nèi)容和成果包括:
　　(1)針對(duì)傳統(tǒng)的流域水文模型無(wú)法描述各種因素如何影響河道復(fù)雜水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律這一問題，首先分析了研究區(qū)域的氣候和下墊面特點(diǎn)，選擇了適合北方干旱半干旱地區(qū)的大伙房模型作為流域水文模型;然后詳細(xì)研究了有限差分法的Preissmann四點(diǎn)偏心隱

3、格式的一維水動(dòng)力學(xué)模型的原理和構(gòu)建方法，并著重分析了一維水動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建過程中所涉及到的特殊模型參數(shù)和河網(wǎng)內(nèi)外邊界條件等處理方法;最后研究了水文水動(dòng)力模型耦合的方法及其計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。所建立的水文與水動(dòng)力學(xué)耦合模型將作為河道洪水預(yù)報(bào)和控制斷面過流能力分析的技術(shù)手段。
　　(2)為了驗(yàn)證研究的水文水動(dòng)力學(xué)耦合模型的優(yōu)勢(shì)及其計(jì)算的可靠性，分別利用MIKE11HD模型代替一維水動(dòng)力學(xué)模型（Preissmann四點(diǎn)差分隱格式）和純水文學(xué)方法—

4、大伙房模型，進(jìn)行了流域出口斷面的洪水模擬。研究結(jié)果表明:兩種水動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算結(jié)果誤差很小，水文水動(dòng)力學(xué)耦合模型計(jì)算穩(wěn)定可靠;所研究建立的水文水動(dòng)力學(xué)耦合模型的模擬結(jié)果優(yōu)于純水文學(xué)方法——大伙房模型，尤其是洪峰流量、峰現(xiàn)時(shí)間模擬結(jié)果更佳，該模型能較好地反映流域產(chǎn)匯流特性和水流運(yùn)動(dòng)。本文所建立的耦合模型可作用丘陵、平原混合地區(qū)的洪水預(yù)報(bào)工具。
　　(3)針對(duì)門樓水庫(kù)至內(nèi)外夾河匯合段經(jīng)常出現(xiàn)沒達(dá)到安全流量卻出現(xiàn)河道漫灘這一問題。首先，研

5、究分析了出現(xiàn)這一現(xiàn)象可能的主要影響因素;其次，以上述水文水動(dòng)力學(xué)模型為基礎(chǔ)，建立了整個(gè)大沽夾河流域的耦合模型;最后，設(shè)計(jì)了多種模擬方案，分析了不同外夾河流量和入?？诔蔽蛔兓瘲l件下對(duì)清洋河（內(nèi)夾河）的過流能力的影響，為門樓水庫(kù)實(shí)時(shí)調(diào)度決策提供技術(shù)支撐。研究結(jié)果表明:當(dāng)水庫(kù)泄流量大于外夾河入流量時(shí)，對(duì)南關(guān)大橋控制斷面過流能力影響最大的是門樓水庫(kù)泄流量;當(dāng)水庫(kù)泄流量小于外夾河入流量時(shí)，對(duì)南關(guān)大橋控制斷面過流能力影響最大的是外夾河入流量;潮汐項(xiàng)