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基于三维洪水演进数值模拟的溃坝损失评价与对策研究

黄凌  
【摘要】:我国大坝数量众多,其中,病险水库大约占40%。溃坝是一种高危害的社会致灾因素,大坝溃决后将会对下游社会和环境带来灾难性的影响。基于三维洪水演进数值模拟的溃坝损失评价与对策研究,为水库大坝的安全运行管理,制定防洪直急预案具有重大意义。通过溃坝三维洪水数值模拟,提取了溃坝损失评价与对策研究的关键水情信息,进行了溃坝经济损失、生命损失、社会及环境影响分忻,选取了溃坝洪水避难方案,并实现了溃口洪水演进可视化分忻。主要获得如下研究成果如下: (1)建立了耦合vOF法的七F紊流三维溃坝洪水演进数学模型。针对溃坝突发性强,水流量大等特点,运用耦合vOF法的K-e紊流三维溃坝洪水演进数学模型,模拟了溃坝洪水向下游演进的过程,实现了溃坝洪水水面线的动态追踪。通过建立研究区域的数字地形模型,在三维溃坝洪水演进模拟基础上,实现了溃口洪水演进的三维可视化分忻,为溃坝损失评价与避难迁安对策研究提供了理论依据。 (2)构建了基于洪水演进三维数值模拟的溃坝损失评价模型。结合洪水演进三维数值模拟获取的关键水情信息,分忻了溃坝导致的经济损失、生命损失、社会及环境影响,克服了传统溃坝损失评价中关键参数依靠经验公式确定的弊端;其中,下游研究区域中的生命损失采用采用DekayMcclellfdl]d法、改进Qallfdlll法和几工神经网络模型计算,通过比较,改进Qallfdlll法为符合实际的方法;同时,采用一维水质模型,分忻了溃坝洪水对下游河道水质的影响。 (3)探讨了溃坝洪灾避难迁安对策分忻方法。基于耦合vOF法的三维溃坝洪水演进数值模拟结果,采用“点线结合型”洪灾避难分忻思想,结合路权计算模型和Dijkstra算法,对大坝下游影响区域的避难方案进行了分忻,制定了洪灾避难迁安路径,并提出了溃坝洪水防灾减灾对策。 (4)实例研究。以深圳市公明水库溃坝损失评价与对策研究为例,研究了公明水库三维溃坝洪水演进过程;探讨了溃坝损失,包括经济损失、生命损失、社会及环境影响;选取了公明水库下游避难迁安路线,并分忻了相直的溃坝洪水管理措施,为水库大坝的安全运行管理,防洪直急预案的制定等提供了理论依据。


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