潰壩潰口與下游洪水一、二維耦合模擬研究——以黑河金盆水庫為例.pdf

1、攔河筑壩,興建水庫對均勻不同地區(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,對解決民生問題具有現(xiàn)實意義。然而水庫大壩一旦潰決,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,將對水庫下游地區(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,以黑河金盆水庫大壩為工程實例,建立起一維、二維及其耦合數(shù)值模型,應(yīng)用所建模型對潰口近區(qū)進行一維、二維模擬,對下游洪水演進進行一維

2、、二維及其耦合模擬。
　　本文主要研究內(nèi)容及成果如下:
　　(1)潰口計算與模擬
　　基于粘土心墻砂石壩的潰塊過程,對黑河金盆水庫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黑河金盆水庫潰壩進行計算,通過分析結(jié)果選出最為適合的計算公式。使用斜底無阻力、DAMBRK和四次拋物線三種模型計算逐漸潰壩,并應(yīng)用DAMBRK模型計算結(jié)果進行后續(xù)潰口近區(qū)模擬。建立一維、二維模型對潰口近區(qū)進行計算與模擬。通過一

3、維模擬得到壩址及其后斷面流量和水位變化,通過二維模擬得到漬口計算區(qū)域瞬時水深及流速分布。
　　(2)潰壩洪水演進的一維模擬和二維模擬
　　通過對河岸地形進行概化,使一雉模型可以順利運行,通過一維模擬得到黑河河道不同斷面的水位和流量變化過程。根據(jù)天然河道復(fù)雜而不規(guī)則的地形特點,以及潰壩洪水傳播和運動的特性,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、水流運動的二維方程:應(yīng)用所建模型對黑河金盆水庫10000年一遇入庫洪水漫頂致潰壩洪水進行數(shù)值模擬,分析不同時刻的水深分布圖、流速矢量圖以及淹沒范圍的變化過程;在此基礎(chǔ)上,探討100年一遇洪水入庫,延時10000年一遏洪水入庫所形成的特定工況下的潰壩洪水演進過程,分析該工況下的淹沒水深變化范圍。
　　(3)潰壩洪水演進的一維、二維耦合模擬
　　將一維模型、二維模型通過兩岸水利要素點相連接,進行交互計算。分別得到耦合計算后的一維