小流域水文水动力耦合模型的研究及应用
在水灾害、水生态、水资源等河湖问题多发的背景之下，由当地政府首先提出具有中国特色的创新性河湖管理制度—河长制，打破了现有的九龙治水的局面，把河湖治理的任务统一并化解相关河湖问题，在河长制的九大主要任务之中，河道薄弱环节问题被视为河道防洪管理任务的重要因素之一。河道洪水数值模拟是河道防洪管理的重要技术手段，当前河道洪水过程模拟主要分为以水量平衡和槽蓄方程为基础的水文学方法为主和以圣维南方程为基础的水动力学方法为主两大类，前者难以模拟河道地表淹没过程，后者对河道洪水淹没过程的水文机制考虑不足。为了在研究河道洪水的水文过程和水动力的过程机理，采用水文与水动力过程及一二维的水动力耦合机制，通过数值模拟的方法来计算河道洪水演进过程，以模拟结果了解现有河道过流情况的同时，分析现有河道的防洪能力，以此预测洪水灾害范围，从而达到预防的目的。为河长制建立洪水预测信息化管理系统提供技术基础。 本次研究运用MIKE系列软件，以河南省**市里湾河为例，基于水文与水动力过程及一二维的水动力耦合，构建MIKEFLOOD耦合数值模型进行洪水数值模拟，开展小流域河道洪水的水文水动力耦合模型的数值研究。此次研究的主要成果如下： 1、从Googleearth地图提取出流域的地形高程数据，制作出MIKE地形高程文件，对无人机采集的地形资料进行局部河道断面的提取，结合地形高程数据制作出构建水文模型及一、二维水动力模型的地形数据，并结合相关资料对河道的糙率及模型其他参数进行选取。 2、阐述了MIKE水文模型与水动力模型的的基本原理，分析了模块间的结构和过程的耦合机制。运用基础数据，构建出水文水动力耦合模型。在模型的耦合过程中，首先对MIKESHE水文模型与MIKE11一维水动力模型进行单向的松散耦合，再对MIKE11一维水动力模型与MIKE21FM二维水动力模型进行紧密耦合，最终构建出符合山丘、平原复合型河道特性的水文水动力耦合模型。 3、采用划分山丘、平原区域这种新方法来计算设计洪水过程线，应用HEC-RAS软件对河道进行洪水的水面线模拟计算，并将HEC-RAS的计算结果与收集到的实测资料进行对比分析，判断HEC-RAS模型结果的合理性。再将其结果与水文水动力耦合模型的模拟计算结果进行对比分析。最终得到水文水动力耦合模型比HEC-RAS模型精度更符合实际情况的结论。 4、结合洪水模拟成果对河道过流情况进行分析，并制作成10年一遇洪水淹没分析图，为河长制的信息化管理提供技术支撑。
小流域水文水动力耦合模型;数值模拟;HEC-RAS软件
华北水利水电大学
硕士
水利工程
宋永嘉
2020
中文
TV131.2;TV122
2020-12-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）