文峪河溃坝洪水演进模拟与可视化研究

论文摘要

随着人类社会的不断发展,大坝的数量日益增多。在我国,已建水库8.6万座,大部分大坝运用都在30多年以上,老化损坏现象日益显露,大坝的安全隐患问题较多。随着工业的发展,除常规水坝外,其它形式的大坝也在不断的增长。大坝给人类带来了巨大的经济利益和社会效益。但是,当大坝、堤防溃决时,大量的水体突然释放,产生的洪水波会对下游地区人民的生命以及财产造成灾难性的破坏,影响当地社会经济正常活动,并对下游生态环境造成不良影响。因此研究溃坝洪水演进规律具有十分重要的意义。本文通过研究溃坝洪水的运动规律,建立了溃坝洪水演进模拟的一维和二维模型。并采用一维模型和二维模型相结合的方法对文峪河水库的溃坝洪水进行了模拟,模拟溃坝洪水到达区域的水深、流速等。在VB、Tecplot软件平台下,对文峪河水库溃坝洪水演进的可视化系统进行了初步研究。本文主要对以下几个方面进行了探讨：(1)本文采用同频率放大法,对文峪河水库设计洪水过程线进行了推求；对文峪河水库溃坝条件下的溃口最大流量以及溃口流量过程线进行了计算。(2)建立了溃坝洪水演进模拟的一维模型和二维模型。对一维非恒定流模型采用Preismann.A四点偏心隐格式进行求解。二维模型采用隐式交替方向法(ADI)求解。(3)针对文峪河水库地形特点,采用一维模型和二维模型相结合的方法对其溃坝洪水进行模拟。给出了不同时刻淹没区各点的水深、流速等。为防汛指挥机关进行有计划、有步骤的撤离提供依据。(4)基于文峪河水库溃坝洪水演进模拟结果,开发了溃坝洪水演进的可视化系统。系统对不同频率条件下的流量过程以及溃坝洪水的演进过程进行了动态演示。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 溃坝洪水模拟研究的目的和意义
• 1.2 溃坝模拟的主要内容
• 1.3 溃坝洪水模拟研究进展
• 1.3.1 当前主要的溃坝模型
• 1.3.2 溃坝水流数值模拟
• 1.3.3 溃坝水流模拟的数值方法
• 1.4 溃坝模拟中的相关问题
• 1.4.1 水流冲淤的影响
• 1.4.2 动边界的处理
• 1.5 洪水模拟的特点和发展趋势
• 1.6 本文的研究内容
• 1.7 本文技术路线
• 2 文峪河水库及流域概况
• 2.1 流域自然地理概况
• 2.1.1 基本概况
• 2.1.2 流域水利工程概况
• 2.2 枢纽工程概况
• 2.3 水库调度运用方式
• 3 水库调洪演算
• 3.1 调洪演算原理
• 3.2 调洪演算基础数据
• 3.2.1 水位、库容以及泄量关系
• 3.2.2 泄水建筑物水位-泄量关系
• 3.3 设计洪水过程线推求
• 3.4 调洪演算结果
• 4 溃口流量过程研究
• 4.1 土石坝溃口水流过程研究
• 4.1.1 土石坝的主要溃决形式
• 4.1.2 土石坝的侵蚀机理
• 4.2 土石坝溃口扩展模型研究
• 4.3 坝址最大流量计算研究
• 4.3.1 大坝瞬时全溃场合
• 4.3.2 大坝局部溃场合
• 4.4 文峪河水库坝址流量过程线计算
• 4.4.1 溃坝条件
• 4.4.2 溃口最大流量计算
• 4.4.3 溃坝流量过程线
• 5 一维洪水演进模型
• 5.1 一维非恒定流数值模型
• 5.2 一维模型求解方法
• 5.3 边界条件
• 6 二维洪水演进模型及其典型算例
• 6.1 水流控制方程
• 6.2 求解方法
• 6.3 数值模型的验证
• 7 文峪河水库溃坝洪水演进模拟
• 7.1 模拟方法
• 7.2 洪水演进模拟的边界条件
• 7.2.1 一维模拟的边界条件
• 7.2.2 二维模拟的边界条件
• 7.3 高程、糙率数据提取
• 7.3.1 高程提取
• 7.3.2 糙率选定
• 7.4 淹没范围
• 7.4.1 一维洪水演进模拟
• 7.4.2 二维洪水演进模拟
• 7.5 蓄洪区蓄水量校核
• 8 洪水演进可视化系统功能实现
• 8.1 流动可视化研究概况
• 8.2 TECPLOT软件
• 8.2.1 基本功能
• 8.2.2 TECPLOT动态文件制作
• 8.3 VB对TECPLOT软件的调用
• 8.4 系统功能的实现
• 8.4.1 系统界面设计
• 8.4.2 系统功能的实现
• 9. 结论与展望
• 9.1 结论
• 9.2 对今后工作的建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 一、攻读硕士学位期间发表的论文
• 二、攻读硕士学位期间参与的科研项目
• 三、攻读硕士学位期间获奖情况