潰壩潰口與下游洪水一、二維耦合模擬研究——以黑河金盆水庫(kù)為例.pdf

1、攔河筑壩,興建水庫(kù)對(duì)均勻不同地區(qū)的水量分布,及供水、發(fā)電、灌溉等方面發(fā)揮了重要作用,對(duì)解決民生問(wèn)題具有現(xiàn)實(shí)意義。然而水庫(kù)大壩一旦潰決,所形成的潰壩洪水,流量大,傳播速度快,其破壞性極大。金盆水利樞紐工程是黑河引水工程主要的水源工程,一旦發(fā)生潰壩,將對(duì)水庫(kù)下游地區(qū)構(gòu)成極大的洪災(zāi)威脅。本文在前人研究成果的基礎(chǔ)之上,以黑河金盆水庫(kù)大壩為工程實(shí)例,建立起一維、二維及其耦合數(shù)值模型,應(yīng)用所建模型對(duì)潰口近區(qū)進(jìn)行一維、二維模擬,對(duì)下游洪水演進(jìn)進(jìn)行一維

2、、二維及其耦合模擬。
　　本文主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:
　　(1)潰口計(jì)算與模擬
　　基于粘土心墻砂石壩的潰塊過(guò)程,對(duì)黑河金盆水庫(kù)大壩潰決方式及潰后水流流態(tài)做出分析。使用六種局部瞬潰漬口流量公式對(duì)黑河金盆水庫(kù)潰壩進(jìn)行計(jì)算,通過(guò)分析結(jié)果選出最為適合的計(jì)算公式。使用斜底無(wú)阻力、DAMBRK和四次拋物線三種模型計(jì)算逐漸潰壩,并應(yīng)用DAMBRK模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后續(xù)潰口近區(qū)模擬。建立一維、二維模型對(duì)潰口近區(qū)進(jìn)行計(jì)算與模擬。通過(guò)一

3、維模擬得到壩址及其后斷面流量和水位變化,通過(guò)二維模擬得到漬口計(jì)算區(qū)域瞬時(shí)水深及流速分布。
　　(2)潰壩洪水演進(jìn)的一維模擬和二維模擬
　　通過(guò)對(duì)河岸地形進(jìn)行概化,使一雉模型可以順利運(yùn)行,通過(guò)一維模擬得到黑河河道不同斷面的水位和流量變化過(guò)程。根據(jù)天然河道復(fù)雜而不規(guī)則的地形特點(diǎn),以及潰壩洪水傳播和運(yùn)動(dòng)的特性,建立適合黑河下游地區(qū)高程跨度很大的潰壩洪水演進(jìn)的二維數(shù)學(xué)模型;利用非結(jié)構(gòu)化三角形網(wǎng)格,采用單元中心的有限體積法求解控制潰壩

4、水流運(yùn)動(dòng)的二維方程:應(yīng)用所建模型對(duì)黑河金盆水庫(kù)10000年一遇入庫(kù)洪水漫頂致潰壩洪水進(jìn)行數(shù)值模擬,分析不同時(shí)刻的水深分布圖、流速矢量圖以及淹沒(méi)范圍的變化過(guò)程;在此基礎(chǔ)上,探討100年一遇洪水入庫(kù),延時(shí)10000年一遏洪水入庫(kù)所形成的特定工況下的潰壩洪水演進(jìn)過(guò)程,分析該工況下的淹沒(méi)水深變化范圍。
　　(3)潰壩洪水演進(jìn)的一維、二維耦合模擬
　　將一維模型、二維模型通過(guò)兩岸水利要素點(diǎn)相連接,進(jìn)行交互計(jì)算。分別得到耦合計(jì)算后的一維