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洪泛区洪水泥沙数学模型的研究和应用

刘照群  
【摘要】:洪泛区洪涝灾害严重,洪涝过后,洪泛区地面上泥沙等沉积物淤积问题日益突出。对于洪泛区的研究,大多数学者专注于于洪水演进、洪水滞涝和流域产沙模型的建立,而对于洪泛区由洪水带来的泥沙等沉积物的淤积问题研究者较少。本文在前人研究的基础上,对洪泛区由洪涝灾害带来的泥沙输移作了进一步的研究。基于水动力学和泥沙运动力学的基本理论建立了适合于洪泛区的洪水泥沙输移数学模型。 模型由洪水水动力数学模型和洪水泥沙输移数学模型两部分组成。利用二维水流理论建立了洪水滞涝水动力模型,洪水滞涝水动力模型采用加权质量集中有限单元法求解二维水流方程;并利用不规则三角形网格划分技术对所研究区域进行了地形模化和网格划分;通过“圣帕”洪水时福州大学城区的水文数据对模型参数进行调试率定,确定了模型的计算参数;选择合理的边界条件用模型进行计算,并利用2005年“龙王”台风洪水时的福州大学城区淹没时的暴雨水文资料对模型进行了验证。 利用二维泥沙运动理论建立了洪水泥沙输移数学模型。模型采用迎风单元的有限差分法求解二维悬沙运动方程和河床变形方程;采用非耦合求解的方法,用洪水滞涝模型得到的水动力条件作为输入条件,并对模型进行反复调试运算确定模型的计算参数,利用2007年“圣帕”台风洪水和2005年“龙王”台风洪水时的福州大学城区的两组泥沙资料对模型进行了验证。计算结果在一定精度范围内和实测资料吻合良好,能够较好的模拟洪泛区的洪水泥沙情况,说明该模型具有较好的可靠性。 最后将模型应用于福州大学城区的防洪规划排涝方案中,模型计算结果形象地显示了不同方案实施后的防洪效果及规划后洪泛区地面上的泥沙淤积效果。为洪灾预测预警系统提供了科学的依据,具有一定的指导意义。


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