大沽夾河流域水文水動力耦合模型研究及應用.pdf

1、丘陵、平原混合地區(qū)流域下墊面變化劇烈、產(chǎn)匯流條件復雜，河道內水流運動不僅受上游來水的作用，而且還受下游回水頂托、其它支干流流量等因素的影響，傳統(tǒng)的流域水文模型中河網(wǎng)匯流部分無法描述這些影響因素而導致流域出口斷面的洪水預報精度降低。針對這一問題，本文以煙臺大沽夾河流域為研究對象，首先在水文學方法中加入河道水流運動物理機制的描述，建立適合于丘陵、平原混合地區(qū)的水文學模型和水力學模型，以求盡可能地反映流域匯流真實情況;其次借助計算機等工具求解

2、圣維南方程組，得到河道內不同斷面的流量和水位，以補充傳統(tǒng)洪水預報無法得到的信息，提高預報精度;最后，將模型應用于研究大沽夾河的洪水預報和分析流域控制斷面的過流能力。本文主要的研究內容和成果包括:
　　(1)針對傳統(tǒng)的流域水文模型無法描述各種因素如何影響河道復雜水流運動規(guī)律這一問題，首先分析了研究區(qū)域的氣候和下墊面特點，選擇了適合北方干旱半干旱地區(qū)的大伙房模型作為流域水文模型;然后詳細研究了有限差分法的Preissmann四點偏心隱

3、格式的一維水動力學模型的原理和構建方法，并著重分析了一維水動力學模型構建過程中所涉及到的特殊模型參數(shù)和河網(wǎng)內外邊界條件等處理方法;最后研究了水文水動力模型耦合的方法及其計算機實現(xiàn)。所建立的水文與水動力學耦合模型將作為河道洪水預報和控制斷面過流能力分析的技術手段。
　　(2)為了驗證研究的水文水動力學耦合模型的優(yōu)勢及其計算的可靠性，分別利用MIKE11HD模型代替一維水動力學模型（Preissmann四點差分隱格式）和純水文學方法—

4、大伙房模型，進行了流域出口斷面的洪水模擬。研究結果表明:兩種水動力學模型計算結果誤差很小，水文水動力學耦合模型計算穩(wěn)定可靠;所研究建立的水文水動力學耦合模型的模擬結果優(yōu)于純水文學方法——大伙房模型，尤其是洪峰流量、峰現(xiàn)時間模擬結果更佳，該模型能較好地反映流域產(chǎn)匯流特性和水流運動。本文所建立的耦合模型可作用丘陵、平原混合地區(qū)的洪水預報工具。
　　(3)針對門樓水庫至內外夾河匯合段經(jīng)常出現(xiàn)沒達到安全流量卻出現(xiàn)河道漫灘這一問題。首先，研

5、究分析了出現(xiàn)這一現(xiàn)象可能的主要影響因素;其次，以上述水文水動力學模型為基礎，建立了整個大沽夾河流域的耦合模型;最后，設計了多種模擬方案，分析了不同外夾河流量和入?？诔蔽蛔兓瘲l件下對清洋河（內夾河）的過流能力的影響，為門樓水庫實時調度決策提供技術支撐。研究結果表明:當水庫泄流量大于外夾河入流量時，對南關大橋控制斷面過流能力影響最大的是門樓水庫泄流量;當水庫泄流量小于外夾河入流量時，對南關大橋控制斷面過流能力影響最大的是外夾河入流量;潮汐項