二維恒定流數(shù)學(xué)模型在防洪影響評價(jià)中應(yīng)用

依據(jù)《防洪法》等有關(guān)規(guī)定,對河道管理范圍內(nèi)的建設(shè)項(xiàng)目和位于河流影響范圍內(nèi)的重要建設(shè)項(xiàng)目應(yīng)進(jìn)行防洪影響評價(jià),重要的防洪工程應(yīng)運(yùn)用數(shù)學(xué)模型分析計(jì)算。選用數(shù)學(xué)模型時(shí),可根據(jù)實(shí)際情況,在滿足工程實(shí)際的需要條件下,適當(dāng)?shù)倪x用一維或二維數(shù)學(xué)模型。本文運(yùn)用二維數(shù)學(xué)模型對吉林油田新民采油廠擬在河道灘地內(nèi)新建油井工程進(jìn)行壅水計(jì)算,并采用經(jīng)驗(yàn)公式法進(jìn)行校核。結(jié)果表明:對于河道內(nèi)復(fù)雜地形及建筑物的防洪評價(jià)壅水計(jì)算,相比二維模型計(jì)算結(jié)果,經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果偏小,采用二維模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行防洪評價(jià),結(jié)論更安全、可靠。

碼頭建設(shè)會(huì)對河道行洪、堤防及其他防洪工程的安全造成不利影響.防洪影響分析是碼頭工程設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要技術(shù)工作.采用平面二維潮流數(shù)學(xué)模型,對長江鎮(zhèn)揚(yáng)河段水流運(yùn)動(dòng)以及擬建碼頭工程對防洪的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算.結(jié)果表明,在防洪設(shè)計(jì)洪水、平灘水位流量和多年平均流量3種水流條件下,工程興建后水位壅高最大值約1.2cm,水位降低最大值約1.5cm,流速最大增幅約0.05m/s,最大減幅約0.23m/s.碼頭興建后對工程河段的水位和流場影響較小,不會(huì)對河段的行洪帶來不利影響.

數(shù)學(xué)模型是防洪評價(jià)的一種重要技術(shù)手段。介紹了二維水流數(shù)學(xué)模型的基本原理以及二維水流數(shù)學(xué)模型在廣西梧州市塘源綜合碼頭防洪評價(jià)中的應(yīng)用實(shí)例。結(jié)果表明:碼頭建成后,工程區(qū)上游約1.7km至工程區(qū)下游約1.1km范圍內(nèi)流場發(fā)生了變化,但變化幅度較小,在各頻率洪水條件下,流速最大增加值與減小值均不超過0.1m/s,且分布在工程所在位置附近,說明工程對所在河道總體河勢穩(wěn)定影響不大。

二維水流數(shù)學(xué)模型作為一種先進(jìn)的工具,可為工程研究提供更豐富、更精確的信息,在港口、河道治理等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。本文采用二維水流數(shù)學(xué)模型分析了鷹潭信江特大橋興建后對工程河段行洪及流場的影響,為橋梁防洪影響評價(jià)提供了科學(xué)的決策依據(jù)。

根據(jù)江蘇灌河(鹽城與連云港兩市交界河)天然潮汐河道特點(diǎn),結(jié)合船舶修造行業(yè)舾裝碼頭建設(shè)要求,采用平面二維水流數(shù)學(xué)模型,對擬建碼頭處的潮位、流速、潮形等水力因素,利用上下游實(shí)測資料進(jìn)行求解和率定,通過分析和計(jì)算,能夠更加準(zhǔn)確地反映碼頭等涉水構(gòu)筑物產(chǎn)生的壅水影響及潮流場變化情況,為科學(xué)合理地評價(jià)船舶修造項(xiàng)目的行洪影響提供依據(jù)。

數(shù)學(xué)模型是防洪評價(jià)的一個(gè)重要技術(shù)手段。介紹了廣州水道某碼頭工程局部水域平面二維水沙數(shù)學(xué)模型的建立和驗(yàn)證及實(shí)際應(yīng)用效果,結(jié)果表明,模型能較好地模擬工程附近水流泥沙運(yùn)動(dòng)以及河床沖淤變化規(guī)律,為預(yù)測分析工程建設(shè)對河道河床沖淤演變影響以及量化分析提供了一種手段和途徑。

為分析橋梁工程的修建對原河道水文情勢的影響,以小龍門大橋工程為例,采用平面二維數(shù)學(xué)模型,模擬了5a一遇設(shè)計(jì)洪水條件下工程修建前后河道內(nèi)水位和流場分布特征的變化。結(jié)果表明,橋梁工程修建后在橋墩附近產(chǎn)生了一定的壅水與流場變化,有局部性的影響。

文章以跨遼河的某座大型橋梁為例,對5a一遇設(shè)計(jì)洪水條件下的河道流場分布特征和水位變化情況,利用平面二維數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了模擬分析,并對比分析了流場變化和雍水。研究表明:在5a一遇設(shè)計(jì)洪水條件下的橋墩附近,跨遼河的某座大型橋梁的橋墩出存在一定的流場變化和雍水,工程建設(shè)可對遼河產(chǎn)生局部的影響作用。

通過建立二維水動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型,對阿什河珍珠島圍堤擴(kuò)建進(jìn)行了防洪影響分析及評價(jià),分析表明圍堤擴(kuò)建引起的河道水位最大壅高0.19m,流速最大增加0.25m/s,局部河段將不再滿足防洪規(guī)劃堤頂安全超高要求,但不會(huì)影響其它防洪規(guī)劃的安排與實(shí)施、防洪規(guī)劃的總體要求和整體目標(biāo),對本河段的防洪、河勢穩(wěn)定、防汛搶險(xiǎn)以及第三方合法的水事權(quán)益也無明顯的不利影響。

采用平面二維非恒定全沙數(shù)學(xué)模型,結(jié)合滹沱河倒虹吸工程附近河道進(jìn)行了模型驗(yàn)證,得到了較好的結(jié)果。

采用河道平面二維水流數(shù)學(xué)模型,對襄樊河段水流運(yùn)動(dòng)以及襄樊電廠二期工程大件碼頭和取水口工程對防洪的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算。結(jié)果表明:工程修建后上游河段最大壅水高度約0.02m,最大壅水長度約為630m,水流流態(tài)及水流流速分布無明顯變化,對防洪影響不大。

經(jīng)典型年洪水驗(yàn)證二維數(shù)學(xué)模型應(yīng)用于廢黃河下段流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算是合理可行的,可提高計(jì)算成果的精度。用該模型計(jì)算了33種不同遭遇組合設(shè)計(jì)洪水,計(jì)算成果已在江蘇省鹽城市廢黃河防洪預(yù)案中得到應(yīng)用。

新建赤峰至京沈高鐵喀左站鐵路工程跨越老哈河.為研究工程對河道行洪的影響,應(yīng)用mike21模型模擬建橋后的河道水流,進(jìn)而進(jìn)行防洪影響評價(jià).根據(jù)老哈河上游4處參證水文站推求橋址處設(shè)計(jì)洪水.采用riegl三維激光掃描儀測量河道地形,結(jié)合1:1萬地形圖處理后,采用三角形網(wǎng)格對計(jì)算區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分.對糙率等參數(shù)率定后,采用mike21模型進(jìn)行模擬計(jì)算.計(jì)算結(jié)果表明,老哈河鐵路橋修建后壅水高度較小,流場變化不大,對河道行洪安全影響較小.實(shí)踐證明應(yīng)用mike21模型模擬河道水流其效果良好,合理的評價(jià)結(jié)果為工程的防洪安全提供了保障.在實(shí)踐中應(yīng)做好對糙率等參數(shù)的率定,以保證模型的正確運(yùn)行.

通過建立的基于有限體積法的平面二維非恒定流數(shù)學(xué)模型,對馬家咀航道整治一期工程建設(shè)前后的河道水流運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬計(jì)算。結(jié)果表明:工程建設(shè)前后工程河段水位變化較小,工程附近河段水流流態(tài)及水流流速分布無明顯變化。研究建立的二維水流數(shù)學(xué)模型可準(zhǔn)確模擬工程河段水流運(yùn)動(dòng),能在防洪影響評價(jià)中對工程前后河道水流、水位變化變提供較為可靠的依據(jù),具有實(shí)用價(jià)值。

本文研究使用mike21fm模型來研究h河新建橋梁的防洪影響評價(jià)中的相關(guān)分析計(jì)算,在壅水計(jì)算和二維水力分析計(jì)算兩部分來進(jìn)行分析研究。分析成果數(shù)值上與傳統(tǒng)方法相差甚微,但是分析的水力因素遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于傳統(tǒng)算法,使用mike21fm模型來進(jìn)行橋梁防洪影響評價(jià)是非常合適的。

hec-ras模型是國外一款一維水動(dòng)力軟件,可模擬涉及橋梁、涵閘、泵站等多種建筑物的單一河道、樹狀或環(huán)狀河網(wǎng)復(fù)雜水力系統(tǒng).本文從模型基本構(gòu)架入手,介紹了hec-ras模型的原理、組成及主要用途,運(yùn)用實(shí)例說明其在防洪評價(jià)中的應(yīng)用,并用mike11模型對hec-ras模型成果合理性進(jìn)行了驗(yàn)證.

采用無結(jié)構(gòu)不規(guī)則網(wǎng)格技術(shù)對滯洪區(qū)地形進(jìn)行自動(dòng)剖分,根據(jù)三維流體動(dòng)力學(xué)方程建立了適合滯洪區(qū)計(jì)算的一、二維洪水模擬模型,將地形條件概括為地面型通道、河道通道、特殊型通道和連續(xù)堤或缺口堤4種通道對方程進(jìn)行了離散,利用天津市大清河滯洪區(qū)的實(shí)測資料對模型進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果吻合較好,并模擬了百年一遇洪水在本滯洪區(qū)的演進(jìn)情況.為防洪減災(zāi)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了可靠的依據(jù).

針對單純使用一維或二維數(shù)學(xué)模型難以準(zhǔn)確高效模擬大型涉水工程對水域影響的問題,通過利用一、二維聯(lián)解潮流數(shù)學(xué)模型,在珠江口某港區(qū)碼頭工程附近使用二維模型,對該區(qū)域流場和流速變化范圍進(jìn)行模擬,其余水域采用一維模型模擬。結(jié)果表明,工程對珠江東四口門及工程周邊水域水位、流速、河道潮量及分流比、潮排、潮灌、排澇等影響不大。結(jié)論認(rèn)為,一、二維數(shù)學(xué)模型聯(lián)解計(jì)算可以用于大型工程,尤其是海域內(nèi)大型工程的防洪評價(jià)計(jì)算,并能夠得出較為可靠的計(jì)算結(jié)果。

通過韓江三角洲網(wǎng)河區(qū)較大范圍一維河網(wǎng)數(shù)學(xué)模型和工程局部河段平面二維水流數(shù)學(xué)模型,對潮州大橋建設(shè)前后對韓江的防洪影響進(jìn)行了綜合分析和評價(jià),并提出了主要防治和補(bǔ)救措施的建議,可供類似工程參考。

為提高穿河管線防洪影響評價(jià)質(zhì)量和水平,便于今后同類建設(shè)項(xiàng)目開展評價(jià)工作,該文針對目前防洪影響評價(jià)中普遍存在的問題,以某天然氣管道穿越河流工程防洪影響評價(jià)為例,對穿河管線防洪影響的評價(jià)程序、技術(shù)路線、工作內(nèi)容及影響防治措施進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和探討,構(gòu)建了穿河管線防洪影響評價(jià)的基本框架,明確了評價(jià)的工作內(nèi)容,并給出常見的防治措施供設(shè)計(jì)參考。

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展,基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入的加大,河道建設(shè)項(xiàng)目越來越多,規(guī)模越來越大,涉及面也越來越廣,各類跨河、穿河、臨河工程逐年增加.

本文以實(shí)際工程為例,論述說明了公路橋工程穿越河流防洪影響評價(jià)的計(jì)算內(nèi)容和評價(jià)方法。對建設(shè)項(xiàng)目審查工作具有一定的參考作用,使防洪評價(jià)能夠充分反映建設(shè)項(xiàng)目對防洪的影響,以便采取對策保證河道行洪安全。