防洪評(píng)價(jià)指南講訴

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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,防洪評(píng)價(jià)指南,數(shù)學(xué)模型計(jì)算分析,第一頁(yè)，共三十六頁(yè)。,一、模型的選用,根據(jù)實(shí)際情況，可選擇定床水流數(shù)學(xué)模型或動(dòng)床泥沙數(shù)學(xué)模型進(jìn)行研究。,對(duì)于占用河道過(guò)水?dāng)嗝妫绊懞樗滦沟淖杷ㄖ?，?yīng)采用定床水流數(shù)學(xué)模型計(jì)算或定床物理模型試驗(yàn)進(jìn)行研究，研究工程興建后對(duì)河

2、道水位及流速場(chǎng)的影響，并由此分析對(duì)河道行洪及河勢(shì)影響。,對(duì)于建設(shè)項(xiàng)目工程規(guī)模較大的或?qū)觿?shì)穩(wěn)定可能產(chǎn)生較大影響、所在河段有重要防洪任務(wù)或重要防洪工程的建設(shè)項(xiàng)目，應(yīng)采用動(dòng)床泥沙數(shù)學(xué)模型計(jì)算或動(dòng)床物理模型試驗(yàn)進(jìn)行研究。,當(dāng)建設(shè)項(xiàng)目對(duì)河道行洪及河勢(shì)影響很小或資料缺乏等特殊情況下，也可采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行初步計(jì)算分析。,第二頁(yè)，共三十六頁(yè)。,1,、模型基本方程及定解條件,第三頁(yè)，共三十六頁(yè)。,2,、計(jì)算網(wǎng)格的選取,目前，幾乎所有的復(fù)雜流場(chǎng)的模擬均需要進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，常見(jiàn)的計(jì)算網(wǎng)格可以分為有結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和無(wú)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。,一般數(shù)值計(jì)算中正交和非正交曲線坐標(biāo)系中生成的網(wǎng)格都是結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，其特點(diǎn)是每一節(jié)點(diǎn)與其鄰點(diǎn)的聯(lián)結(jié)

3、關(guān)系固定不變且隱藏在所生成的網(wǎng)格之中。,無(wú)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格最早在有限元方法中使用，常用的無(wú)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格為三角形或任意四邊形，目前一般傾向于采用凸四邊形。無(wú)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的優(yōu)點(diǎn)是邊界和地形與網(wǎng)格結(jié)合比較好，利于復(fù)雜地形和邊界問(wèn)題的研究。,第四頁(yè)，共三十六頁(yè)。,2,、計(jì)算網(wǎng)格的選取,第五頁(yè)，共三十六頁(yè)。,3,、數(shù)值計(jì)算方法,有限差分法,有限元法,有限體積方法,有限分析法,第六頁(yè)，共三十六頁(yè)。,3,、數(shù)值計(jì)算方法,1,）有限差分法，主要優(yōu)點(diǎn)：數(shù)學(xué)概念直觀，離散及求解格式簡(jiǎn)單，編程容易；一般采用,ADI,算法，具有較好的計(jì)算穩(wěn)定性及精度。主要缺點(diǎn)：受空間步長(zhǎng)的限制時(shí)間步長(zhǎng)取值較小，計(jì)算量較大；由于使用,Taylor,級(jí)

4、數(shù)展開(kāi)并取有限項(xiàng)，數(shù)值精度尤其是邊界精度不高。,2,）有限體積法，主要優(yōu)點(diǎn)：即使對(duì)于較粗網(wǎng)格，也能保證水量、動(dòng)量及輸運(yùn)物質(zhì)的守恒；數(shù)值計(jì)算格式穩(wěn)定，適于處理對(duì)流占優(yōu)問(wèn)題，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)迎風(fēng)；時(shí)間步長(zhǎng)可取較大，計(jì)算精度高，收斂速度較快。暫未發(fā)現(xiàn)明顯缺點(diǎn)。,第七頁(yè)，共三十六頁(yè)。,3,、數(shù)值計(jì)算方法,3,）有限單元法，主要優(yōu)點(diǎn)：網(wǎng)格適應(yīng)性強(qiáng)，尤其適合邊界條件較復(fù)雜問(wèn)題的模擬。主要缺點(diǎn)：計(jì)算格式復(fù)雜、計(jì)算量及存儲(chǔ)量較大、大型系數(shù)矩陣求解困難、計(jì)算速度較慢，若采用質(zhì)量集中的方法可克服以上缺點(diǎn)，但犧牲了部分計(jì)算精度；對(duì)于對(duì)流占優(yōu)或間斷問(wèn)題，易引起解的失真，計(jì)算域最大流速受到衰減；通常需附加人工粘性和采用人工逆

5、風(fēng)格式。,4,）有限分析法，主要優(yōu)點(diǎn)：基于局部單元上求微分方程精確解思想，因此具有較高的計(jì)算精度，并具有自動(dòng)迎風(fēng)特性，計(jì)算穩(wěn)定性好，收斂快。主要缺點(diǎn)：?jiǎn)卧禂?shù)較復(fù)雜，由于需要求指數(shù)函數(shù)，因此計(jì)算速度較慢。,第八頁(yè)，共三十六頁(yè)。,二、模型范圍確定的原則,1,）計(jì)算河段范圍應(yīng)根據(jù)河道邊界及地形條件進(jìn)行合理選取，進(jìn)出口邊界盡可能位于單一順直河段；,2,）進(jìn)出口邊界盡可能選擇在水文站、水位站點(diǎn)附近；,3,）進(jìn)出口邊界上應(yīng)避免有回流產(chǎn)生；,4,）計(jì)算河段左、右岸邊界應(yīng)涵蓋洪水能淹沒(méi)到的最大范圍；,5,）當(dāng)計(jì)算河段內(nèi)有支流入?yún)R或出流時(shí)，若其流量較大或與建設(shè)項(xiàng)目間可能產(chǎn)生相互影響時(shí)，需作為開(kāi)邊界進(jìn)行考慮；,

6、6,）計(jì)算河段應(yīng)充分涵蓋涉水工程可能影響范圍，并留有一定的余地。,第九頁(yè)，共三十六頁(yè)。,三、模型率定、驗(yàn)證要求,闡明模型率定與驗(yàn)證所采用的水文地形資料。率定與驗(yàn)證計(jì)算應(yīng)通過(guò)參數(shù)和邊界條件的調(diào)整，使模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果基本相符。,當(dāng)采用定床模型計(jì)算時(shí)，需進(jìn)行水流流場(chǎng)的驗(yàn)證，主要包括水面線或潮位過(guò)程，斷面流速分布或垂線點(diǎn)流速過(guò)程及汊道分流比的驗(yàn)證等；,當(dāng)采用動(dòng)床模型計(jì)算時(shí)，除進(jìn)行水流驗(yàn)證外，還需進(jìn)行含沙量及河道地形的沖淤驗(yàn)證。同時(shí)，根據(jù)河道的水動(dòng)力特性，可分徑流河段和感潮河段的驗(yàn)證。,第十頁(yè)，共三十六頁(yè)。,1,、水文測(cè)驗(yàn)布置,1,）水（潮）位驗(yàn)證中計(jì)算河段內(nèi)的驗(yàn)證水尺點(diǎn)原則上應(yīng)不少于,3,個(gè),;

7、,2,）對(duì)于徑流河段或以徑流為主的感潮河段，流速驗(yàn)證一般以斷面的形式進(jìn)行；對(duì)于潮流河段流速驗(yàn)證一般以垂線點(diǎn)流速過(guò)程的形式進(jìn)行,;,3,）含沙量驗(yàn)證中斷面或垂線點(diǎn)的布置可與流速驗(yàn)證中的布置相同。,4,）地形驗(yàn)證中斷面的布置應(yīng)從計(jì)算河段總體進(jìn)行考慮，兼顧上下游及分汊河段的各個(gè)汊道。,第十一頁(yè)，共三十六頁(yè)。,1,、水文測(cè)驗(yàn)布置,第十二頁(yè)，共三十六頁(yè)。,2,、定床模型驗(yàn)證要求,1,）水位驗(yàn)證：對(duì)于徑流河段，建議允許誤差平原河流為,5cm,，山區(qū)河流為,10cm,；對(duì)于感潮河段，高低潮位建議允許相位差為,0.5h,，最高潮位與最低潮位建議允許誤差為,10cm,。,2,）流速驗(yàn)證：對(duì)于徑流河段一般進(jìn)行斷面

8、流速分布的驗(yàn)證，斷面上各點(diǎn)垂線平均流速誤差應(yīng)在,0.10m/s,內(nèi)；對(duì)于感潮河段，一般進(jìn)行垂線點(diǎn)流速、流向過(guò)程的驗(yàn)證，漲落潮段平均流速建議允許誤差,10%,。,3,）流態(tài)驗(yàn)證：對(duì)于流態(tài)較為復(fù)雜的河段，還需進(jìn)行流態(tài)的驗(yàn)證。,4,）分流比驗(yàn)證：對(duì)于分汊河段，還需進(jìn)行汊道分流比的驗(yàn)證，分流比誤差一般應(yīng)在,2%,以內(nèi)。,第十三頁(yè)，共三十六頁(yè)。,潮位過(guò)程驗(yàn)證,第十四頁(yè)，共三十六頁(yè)。,流速過(guò)程驗(yàn)證,第十五頁(yè)，共三十六頁(yè)。,流速分布驗(yàn)證,第十六頁(yè)，共三十六頁(yè)。,3,、動(dòng)床模型驗(yàn)證要求,1,）含沙量驗(yàn)證：斷面含沙量分布趨勢(shì)應(yīng)與原型基本一致，垂線點(diǎn)含沙量過(guò)程應(yīng)與原型基本符合，建議允許誤差為,15%,。,2,）斷

9、面地形驗(yàn)證：計(jì)算時(shí)段末斷面地形分布應(yīng)與相同時(shí)間實(shí)測(cè)地形基本符合，沖淤部位應(yīng)基本一致，沖淤最大幅度相差不大。,3,）沖淤量驗(yàn)證：沖淤總量建議允許誤差為,30%,，同時(shí)分段沖淤量誤差大部分應(yīng)在,30%,內(nèi)。,4,）沖淤過(guò)程驗(yàn)證：在資料許可情況下，還可進(jìn)行沖淤過(guò)程的驗(yàn)證。,第十七頁(yè)，共三十六頁(yè)。,四、計(jì)算條件的選用,選用計(jì)算水文條件時(shí)，既要研究大洪水條件下，涉水工程對(duì)河道行洪水位及流場(chǎng)的影響，進(jìn)而分析對(duì)河道行洪的影響，又要研究在造床流量條件下涉水工程對(duì)河道水動(dòng)力條件的影響，進(jìn)而分析對(duì)河勢(shì)的影響。,對(duì)徑流河段應(yīng)采用防洪設(shè)計(jì)洪水流量、典型洪水流量、造床流量及相應(yīng)水位，對(duì)于航道整治工程應(yīng)進(jìn)行整治流量的研究

10、。,對(duì)潮流河段應(yīng)包括大、中、小等典型潮和與設(shè)計(jì)頻率相應(yīng)潮型等水文條件。,計(jì)算水文條件資料來(lái)源盡可能采用水文站點(diǎn)實(shí)測(cè)資料，在缺乏水文資料情況下，可通過(guò)水文分析及模型計(jì)算得到。,第十八頁(yè)，共三十六頁(yè)。,五、工程概化的一般方法,當(dāng)涉水工程尺度較大時(shí)，可按照工程布置在網(wǎng)格劃分時(shí)直接進(jìn)行考慮，工程后通過(guò)修改網(wǎng)格地形來(lái)反映工程影響。當(dāng)涉水工程尺度較?。ㄈ绱a頭工程的樁基），在網(wǎng)格劃分時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確反映阻水建筑物外形時(shí)，可采取工程概化方式進(jìn)行考慮。根據(jù)國(guó)內(nèi)大量工程實(shí)際情況，工程概化主要有修改糙率、修改地形、修改應(yīng)力等方法。,工程概化主要是反映樁群對(duì)流場(chǎng)的整體影響，對(duì)于樁群內(nèi)部的水流結(jié)構(gòu)無(wú)法反映，概化的好壞不僅與參

11、數(shù)的選取有關(guān)，而且與網(wǎng)格的形式和大小有關(guān)，因此在網(wǎng)格劃分時(shí)，因盡可能使網(wǎng)格能反映工程的幾何外形，同時(shí)對(duì)工程部位進(jìn)行加密，以盡可能減小工程概化所帶來(lái)的誤差。,第十九頁(yè)，共三十六頁(yè)。,五、工程概化的一般方法,第二十頁(yè)，共三十六頁(yè)。,六、計(jì)算內(nèi)容及成果分析要求,對(duì)于定床水流模型計(jì)算，計(jì)算內(nèi)容主要包括對(duì)水位的影響和對(duì)流場(chǎng)的影響；對(duì)于動(dòng)床泥沙模型計(jì)算，除需計(jì)算對(duì)水位、流場(chǎng)的影響外，還需計(jì)算沖淤總量、沖淤厚度、沖淤時(shí)空分布等內(nèi)容。,第二十一頁(yè)，共三十六頁(yè)。,1,、定床水流模型計(jì)算,1,）工程實(shí)施后水位變化最大值及水位影響范圍，對(duì)于感潮河段，還需分析不同時(shí)刻潮位的變化情況。,2,）工程實(shí)施后流速變化最大值及

12、流速影響范圍。當(dāng)可能對(duì)主流位置、斷面流速分布存在影響時(shí)，還需分析工程前后主流線、斷面流速分布的變化情況。若工程位于分汊河段，且對(duì)分流比可能產(chǎn)生影響時(shí)，還需分析對(duì)汊道分流比的影響。對(duì)于感潮河段，還需分析不同時(shí)刻（如漲急、落急時(shí)刻等）流速變化情況，及工程所在斷面潮流量的變化情況。,3,）除以上分析內(nèi)容外，還需進(jìn)行計(jì)算成果的合理性分析，如分析計(jì)算流場(chǎng)的合理性，計(jì)算得到的工程影響值及影響范圍的合理性。,第二十二頁(yè)，共三十六頁(yè)。,整體流場(chǎng)的定性分析,第二十三頁(yè)，共三十六頁(yè)。,局部流態(tài)的定性分析,第二十四頁(yè)，共三十六頁(yè)。,監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置,第二十五頁(yè)，共三十六頁(yè)。,水位變化,第二十六頁(yè)，共三十六頁(yè)。,流速變化,

13、第二十七頁(yè)，共三十六頁(yè)。,流向變化,第二十八頁(yè)，共三十六頁(yè)。,斷面流速分布變化,第二十九頁(yè)，共三十六頁(yè)。,分蓄洪區(qū)的計(jì)算,T=3h,T=24h,T=45h,第三十頁(yè)，共三十六頁(yè)。,分蓄洪區(qū)的計(jì)算,第三十一頁(yè)，共三十六頁(yè)。,2,、動(dòng)床泥沙模型計(jì)算,1,）工程前后河道沖淤分布對(duì)比情況，包括沖淤厚度、分塊沖淤量、沖淤總量的對(duì)比等；,2,）斷面沖淤對(duì)比分析，分析工程前后工程附近橫斷面地形高程的變化情況；,3,）岸線、深泓線、典型等高線的變化情況；,4,）沖淤隨時(shí)間的變化情況。,5,）根據(jù)上述分析結(jié)果進(jìn)一步分析工程的興建對(duì)河勢(shì)的影響。,6,）當(dāng)工程所在河段河勢(shì)將來(lái)變化較大時(shí)，還需在變化的河道地形上進(jìn)一步

14、計(jì)算分析工程對(duì)河道洪水位及流場(chǎng)的影響。,第三十二頁(yè)，共三十六頁(yè)。,謝 謝！,第三十三頁(yè)，共三十六頁(yè)。,人有了知識(shí)，就會(huì)具備各種分析能力，,明辨是非的能力。,所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，,古人說(shuō)“書中自有黃金屋。,”通過(guò)閱讀科技書籍，我們能豐富知識(shí)，,培養(yǎng)邏輯思維能力；,通過(guò)閱讀文學(xué)作品，我們能提高文學(xué)鑒賞水平，,培養(yǎng)文學(xué)情趣；,通過(guò)閱讀報(bào)刊，我們能增長(zhǎng)見(jiàn)識(shí)，擴(kuò)大自己的知識(shí)面。,有許多書籍還能培養(yǎng)我們的道德情操，,給我們巨大的精神力量，,鼓舞我們前進(jìn),。,第三十四頁(yè)，共三十六頁(yè)。,第三十五頁(yè)，共三十六頁(yè)。,內(nèi)容總結(jié),防洪評(píng)價(jià)指南。數(shù)值計(jì)算格式穩(wěn)定，適于處理對(duì)流占優(yōu)問(wèn)題，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)迎風(fēng)。時(shí)間步長(zhǎng)可取較大，計(jì)算精度高，收斂速度較快。人有了知識(shí)，就會(huì)具備各種分析能力，。所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，。通過(guò)閱讀文學(xué)作品，我們能提高文學(xué)鑒賞水平，。通過(guò)閱讀報(bào)刊，我們能增長(zhǎng)見(jiàn)識(shí)，擴(kuò)大自己的知識(shí)面,第三十六頁(yè)，共三十六頁(yè)。,