基于GIS技术的溃坝洪水演进分析

发布时间：2020-09-28 09:47

　　《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》,将公共安全作为科学研究的重要领域,重视对公共突发事件的预警及处理。大坝由于设计或施工不当造成隐患,隐患发展到一定程度存在溃坝的风险。此外像超标准洪水、地震、战争、恐怖袭击等不可抗力因素以及人为破坏也可能导致大坝溃决。溃坝一旦发生,将对下游人民安全及保护区域的农业、工业、建筑等造成巨大的威胁。因此,溃坝洪水演进过程模拟分析,对发挥防洪减灾工作具有重要意义。本文在阐述溃坝模拟关键问题和基本方法的基础上,重点介绍了二维洪水演进时溃口拟定、溃口最大流量、溃口流量过程、率定验证、边界条件等方面的处理方法,并将该方法运用到石泉大坝洪水演进实例分析中。溃口流量过程作为溃坝洪水演进模型计算的重要边界条件之一,受溃口形状、洪水频率、河道底坡、河谷形状、溃口上下游相对水位关系等多因素的影响。本文在总结典型溃坝流量计算公式的同时,采用MIKE21FM算例模型对溃口流量过程进行模拟,模拟结果与经验公式进行对比,表明按堰流公式计算溃口流量过程时,结果相对安全可靠。洪水演进过程受沿途地势和建筑物的影响,不同地区洪水演进过程具有一定特殊性。论文将溃坝洪水分析方法、洪水演进数值模拟技术运用到石泉大坝溃坝分析中,针对石泉大坝现状,拟定溃口位置、形状、溃决时机和底部高程,以确定溃坝工况。运用GIS(Arcgis和GPS)技术对库区河道进行概化,利用DEM图确定模拟区域高程;同时,用实测地形控制点对其进行修正,创建MIKE21二维地形模型。利用SMS工具对模拟区域进行网格划分,检验网格稀疏对洪水演进过程影响的无关性。分析不同设计水平年下,溃坝下泄流量、溃坝洪水水位、淹没范围、洪水流速分布、洪水流速矢量分布、洪水水深等结果。论文重视对山区特性弯道部位、河流顶冲部位及溃口下游重点县城等地区的洪水演进特性的分析。结果表明,山区河道弯曲下切和束窄对洪水演进过程存在显著影响。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TV122.4;P208
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 背景与意义
    1.2 国内外溃坝研究现状
        1.2.1 混凝土坝溃口破坏形式研究进展
        1.2.2 溃坝溃决流量研究现状
        1.2.3 溃坝洪水演进研究现状
    1.3 研究内容及技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
2 混凝土坝溃决流量研究
    2.1 溃坝最大流量
        2.1.1 溃坝流态
        2.1.2 瞬时溃坝最大流量
    2.2 溃坝流量过程概化
    2.3 溃坝模型率定验证方法
    2.4 溃坝算例分析
        2.4.1 MIKE21 FM溃坝模拟
        2.4.2 典型方程计算
        2.4.3 本节小结
3 洪水演进二维数学模型构建
    3.1 基本原理
    3.2 初始条件
4 石泉大坝溃坝模拟研究
    4.1 工程概况
        4.1.1 洪水过程线
        4.1.2 枢纽调度及泄水建筑物泄流
        4.1.3 区间洪水
    4.2 数学模型参数
        4.2.1 计算范围和条件
        4.2.2 计算河段网格生成
        4.2.3 动边界处理
        4.2.4 参系数取值
    4.3 溃坝计算工况
    4.4 基于GIS地形处理
        4.4.1 地形图矢量化
        4.4.2 格式转化与数据拼接
        4.4.3 矢量数据处理
    4.5 石泉至喜河段率定验证
5 石泉大坝溃坝洪水演进计算结果及分析
    5.1 溃坝下泄流量过程
        5.1.1 不同工况下泄流量过程
        5.1.2 本节小结
    5.2 溃坝洪水水位分布
        5.2.1 不同工况下洪水水位分布
        5.2.2 本节小结
    5.3 溃坝洪水流速分布
        5.3.1 不同工况下洪水流速分布
        5.3.2 本节小结
    5.4 溃坝洪水流速矢量分布
        5.4.1 不同工况下流速矢量分布
        5.4.2 本节小结
    5.5 特征断面水深分布
6 结论与展望
    6.1 论文的主要结论
    6.2 研究展望
致谢
参考文献
在校学习期间所发表的论文、专利、获奖情况

【参考文献】