含沙潰堤洪水?dāng)?shù)值模擬分析.pdf

1、分析潰堤洪水風(fēng)險(xiǎn)可以為防洪決策提供依據(jù)，對(duì)于泥沙含量較高的河流而言，潰堤洪水為含沙水流，含沙潰堤洪水在造成洪水淹沒(méi)的同時(shí)伴隨著泥沙沖淤。大量的泥沙淤積會(huì)加重洪水的潰堤風(fēng)險(xiǎn)和財(cái)產(chǎn)損失。同時(shí)，潰堤洪水造成的床面沖淤變化會(huì)影響洪水演進(jìn)和進(jìn)洪過(guò)程，因此評(píng)估多沙河流堤防潰決時(shí)水沙聯(lián)合作用引起的災(zāi)情對(duì)控制潰堤風(fēng)險(xiǎn)具有實(shí)際意義。
　　本文在前人研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)洪泛區(qū)的實(shí)際情況，建立適合于多沙河道的潰堤洪水?dāng)?shù)學(xué)模型，并將模型應(yīng)用于黃河某潰口的潰

2、堤洪水計(jì)算，分析含沙潰堤洪水的水沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律，研究床面泥沙沖淤對(duì)潰堤出流和洪水演進(jìn)速度的影響，評(píng)估水沙聯(lián)合作用下的風(fēng)險(xiǎn)。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)采用非結(jié)構(gòu)化三角網(wǎng)格建模，建立一個(gè)適合于多沙河道與復(fù)雜洪泛區(qū)的二維潰堤洪水水沙數(shù)學(xué)模型。模型考慮床面沖淤變化對(duì)水沙運(yùn)動(dòng)的影響，對(duì)洪泛區(qū)的道路、村莊等建筑物進(jìn)行概化處理，通過(guò)適時(shí)改變潰口的長(zhǎng)度和高度來(lái)模擬潰口橫向展寬和縱向沖刷的發(fā)展過(guò)程。模型單元界面的水動(dòng)力通量采用基于近似黎曼解的Roe

3、格式計(jì)算，泥沙通量采用TVD-MUSCL格式求解。
　　(2)分別采用定床潰壩試驗(yàn)數(shù)據(jù)和動(dòng)床潰壩試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，將模型數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，模型既能較好地模擬定床條件下的堤壩潰決水流運(yùn)動(dòng)，又能較好地模擬動(dòng)床條件下的堤壩潰決的水沙運(yùn)動(dòng)和床面沖於變化。
　　(3)將模型應(yīng)用于黃河某險(xiǎn)工段100年一遇含沙水流潰堤模擬，對(duì)模型的水位、流速、含沙量、床面沖於等計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。總結(jié)含沙潰堤水流的水沙運(yùn)動(dòng)和泥沙沖淤規(guī)律

4、。
　　(4)為了分析泥沙沖淤對(duì)潰堤出流和洪水演進(jìn)過(guò)程的影響，將應(yīng)用實(shí)例分“清水定床”、“清水動(dòng)床”、“含沙洪水定床”和“含沙洪水動(dòng)床”四種模型進(jìn)計(jì)算，并對(duì)四種模型的潰堤出流計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，分析泥沙沖淤對(duì)潰堤出流和洪水演進(jìn)過(guò)程影響的原因，評(píng)估水沙聯(lián)合作用下的風(fēng)險(xiǎn)。
　　研究結(jié)果表明，多沙河道潰堤洪水的含沙量沿程減小，淹沒(méi)范圍內(nèi)會(huì)形成較大范圍的泥沙淤積，泥沙淤積體主要集中在潰口沖刷坑外圍附近，泥沙淤積體呈環(huán)形分布。潰口附近的