一种基于一维非恒定流数值模型的洪水分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种洪水分析方法，特别是一种基于一维非恒定流数值模型的洪水分 析方法。
【背景技术】
[0002] 目前，利用河道模型计算洪水的方法已广泛应用于防洪工程、水环境治理、电站梯 级规划、涉水建筑物防洪影响评价等工程的设计和相关专题论证。
[0003]但现有技术中的河道模型计算方法存在以下缺陷：
[0004]一维河网模型采用环状和枝状混合河网统一求解模式，但未考虑河网中存在水工 结构物，河道中有堰坝、桥梁、围堰、水闸等情况下该方法无法准确模拟水工建筑对河道水 位的影响，在实际工程应用中有较大局限性。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，提供一种基于一维非恒定流数值模型的洪水分析方法。本发 明的方法可以准确、科学地确定不同入流条件下的洪水位，以及船闸施工期围堰溃决对水 位的影响。
[0006]本发明的技术方案：一种基于一维非恒定流数值模型的洪水分析方法，其特征在 于；在建立待分析的河流区域的一维非恒定流数值模型时，将河网模型概化为主槽和引航 道两条平行河道，并将两条平行河道中间的纵向施工围堰概化为连接两个平行河道的一排 连接渠道，进而在一维非恒定流数值模型中根据入流条件得到河流区域内各影响对象附近 的洪水位，从而可分析河流区域船闸施工期的施工围堰溃决对坝下水位的影响。连接渠道 不需要断面，因此比正常的河道而言更简单。在建模过程中，连接渠道可以看做是一个带有 建筑物的河流或有摩擦损失的、有一定长度的溢流堰。高水漫过堰，低水则沿主槽流动。
[0007]上述的基于一维非恒定流数值模型的洪水分析方法中，其特征在于，具体包括以 下步骤：
[0008] ①确定模拟区域；
[0009] ②模拟区域数据化；
[0010] ③建立一维非恒定流数值模型；
[0011] ④通过历史洪水数据对一维非恒定流数值模型进行验证及参数修正；
[0012] ⑤通过设计洪水模拟，得到河流区域内各影响对象附近的洪水位。
[0013]前述的基于一维非恒定流数值模型的洪水分析方法中，所述步骤②的具体方法 是：（通过勘察及搜集资料）获取模拟区域的地形、地物条件，将模拟区域内地形、地貌、地 物、水体和水利条件数据化，生成包含模拟区域内地形和水工结构物的地形散点；再（通过 工程软件工具包）将散点地形转换成MIKE11支持的断面文件。MIKE11是水力工程领域常 用的一个综合河网模拟系统，还可以进行水权、水环境和地下水研宄。它基于ARCVIEW平 台，应用数学模型解决流域的地表水产汇计算，地下水资源的计算与评价，流域水环境状况 分析等具体问题；还可以进行水库的优化调度（单库、多库）和水电站发电调度，对农业灌 溉用水、城市工业、生活供水进行计划调配等。
[0014] 前述的基于一维非恒定流数值模型的洪水分析方法中，所述步骤③的具体方法 是：在MIKE11中导入步骤②建立的断面文件，生成模拟区域的基本数值模型，对模拟区 域的基本数值模型建立河网文件，再在河网模型中设置水工结构物（围堰）、水位流量边 界、底部阻力参数、初始参数以及求解格式，得出模拟区域的一维非恒定流数值模型，其中 河网模型概化采用主槽和引航道两条平行河道，中间的纵向施工围堰利用一排连接渠道 (link-channel)连接；
[0015] 前述的基于一维非恒定流数值模型的洪水分析方法中，所述步骤④的具体方法 是：将步骤③中建立的一维非恒定流数值模型中的断面条件修改为历史洪水条件下的断面 条件；将历史资料中记载的入流流量、出流水位输入修改后的一维非恒定流数值模型中，得 出在历史资料记载的条件下的模拟洪水位，将模拟洪水位与历史资料记载的实际洪水位进 行对比，若模拟洪水位与历史资料记载的实际洪水位相比，不满足精度要求，则对一维非恒 定流数值模型内的参数进行修正，直到模拟结果满足精度要求。
[0016] 前述的基于一维非恒定流数值模型的洪水分析方法中，所述步骤⑤的具体方法 是：将经过步骤④验证及参数修正后的一维非恒定流数值模型中的断面条件修改回所述步 骤②中确定的断面；设计不同的入流条件，并输入到MIKE11中，MIKE11在验证及参数修正 后的一维非恒定流数值模型下，得到相应的各影响对象附近的洪水位。
[0017] 前述的基于一维非恒定流数值模型的洪水分析方法中，所述的一维非恒定流数值 模型的一维非恒定流方程组如下：
[0018]
式中：B为水面宽，Z为水位，Q为流量，q为旁侧入 流，v为断面平均流速，g为重力加速度，A为过水断面面积，K为过水断面的流量模数。
[0019] 前述的基于一维非恒定流数值模型的洪水分析方法中，所述船闸施工期的施工围 堰包括分隔主槽和引航道的纵向施工围堰，纵向施工围堰前端设有顶冲围堰，引航道内还 设有横向围堰。
[0020] 各步骤中未具体说明的方法均为本领域中的常规方法，因此不在本文中过多赘 述。
[0021] 与现有技术相比，本发明通过采用一维非恒定流模型，能够连续快速模拟多种工 况下影响对象附近的洪水位。而且本发明在一维非恒定流数值模型中以地形散点的方式引 入水工结构物，并将河网模型概化采用主槽和引航道两条平行河道，中间纵向施工围堰利 用一排连接渠道（link-channel)连接，实现高水由主槽漫堰过水进入引航道，低水不过水 沿主槽流动，从而可以方便地将不同地形和水工结构物情况引入到一维非恒定流数值模型 中，并对洪水位产生影响。因此，本发明在设计不同流量时，可准确模拟出各影响对象附近 的洪水位。进而可以分析出船闸施工期围堰对于洪水的影响。
【附图说明】
[0022] 图1是本发明实施例的船闸施工期围堰结构示意图。
[0023] 附图中的标记：1-顶冲围堰，2-纵向围堰，3-横向围堰，4-主槽，5-引航道。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依 据。
[0025] 实施例。以富春江的富春江水电站坝址下游区域的洪水为分析对象。其船闸施工 期围堰如图1所示。本发明的基于一维非恒定流数值模型的洪水分析方法包括以下步骤：
[0026] 1、确定模拟区域：
[0027] 在项目所在地区内考虑到工程施工期围堰对富春江水电站坝址下游水位、水流情 势以及河床演变的影响，确定主要模拟范围为富春江坝址~桐庐分水江口富春江河道区 域。区域范围内主要防洪影响对象为电站大坝、电厂、河道下游堤防以及相应下游区域内的 防洪对象。计算面积约为10km 2。
[0028] 2、模拟区域数据化：
[0029] 在实测该区域1:1000地形图的基础上，对模拟区域的范围进行详细勘查，全面掌 握现场条件，广泛搜集有关水文水利资料，并针对模拟区域上下边界、桥梁等主要影响因素 进行深入调查研宄。对模拟区域内近期实施切滩工程的可以采用船闸改造工程施工单位提 供的1:500地形图。
[0030] 然后通过CAD将模拟区域内的地形、地貌、地物、水体、水利条件等参数转化成包 含模拟区域内地形、地貌、地物、水体、水利条件信息的矢量地形图。
[0031] 然后将上述得到的矢量地形图输出为MIKE11工程软件工具包支持的.xyz格式的 数据文件，再通过自编数据处理表格将.xyz格式的数据文件转换成可在MIKE11中运行的 断面数据文件。综合考虑断面变化情况及计算稳定性，断面间距取为l〇〇m。
[0032] 模拟区域的边界为：上边界起于富春江水电站坝下，下边界至分水江汇入口。
[0033] 在高标准洪水条件下，研宄区域内的施工围堰将漫溢行洪，主槽和引航道洪水相 互串流，洪水流态比较复杂。
[0034]