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近期黃河下游河床演變特點(diǎn)及灘區(qū)洪水風(fēng)險評估 版權(quán)信息
- ISBN：9787030679338
- 條形碼：9787030679338 ; 978-7-03-067933-8
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
近期黃河下游河床演變特點(diǎn)及灘區(qū)洪水風(fēng)險評估 本書特色
本書理論聯(lián)系實際，對于黃河灘區(qū)洪水的風(fēng)險評估構(gòu)建了基于力學(xué)過程的洪水風(fēng)險評估模型
近期黃河下游河床演變特點(diǎn)及灘區(qū)洪水風(fēng)險評估 內(nèi)容簡介
本書采用實測資料分析、力學(xué)理論分析、概化水槽試驗、概化模型試驗及數(shù)學(xué)模型計算相結(jié)合的研究方法，開展近期黃河下游河床演變特點(diǎn)及灘區(qū)洪水風(fēng)險評估的研究。本書主要研究內(nèi)容：提出基于河段尺度的河床演變特征參數(shù)的計算方法；研發(fā)一維水沙耦合模型與基于有限體積法求解的二維水沙動力學(xué)模型；創(chuàng)新構(gòu)建基于力學(xué)過程的洪水演進(jìn)與風(fēng)險評估的二維綜合數(shù)學(xué)模型。
近期黃河下游河床演變特點(diǎn)及灘區(qū)洪水風(fēng)險評估 目錄
目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 研究意義 3
1.2 研究現(xiàn)狀及存在問題 4
1.2.1 壩下游河床演變分析 4
1.2.2 灘區(qū)水沙演進(jìn)與洪水風(fēng)險評估 7
1.3 選題意義及研究內(nèi)容 9
1.3.1 選題意義 9
1.3.2 研究內(nèi)容 10
第2章 黃河下游水沙條件及河床演變特點(diǎn) 12
2.1 黃河下游河段概況 12
2.1.1 黃河下游不同河型河段概述 12
2.1.2 黃河下游不同河型河段的斷面形態(tài) 14
2.2 黃河下游河段不同時期的來水來沙過程及特點(diǎn) 16
2.2.1 黃河下游河段來水來沙過程的一般特點(diǎn) 17
2.2.2 黃河下游河段不同時期的來水來沙特點(diǎn) 18
2.3 黃河下游河段不同時期的河床沖淤過程及特點(diǎn) 22
2.3.1 小浪底水庫運(yùn)用前黃河下游河床沖淤過程及特點(diǎn) 23
2.3.2 小浪底水庫運(yùn)用后黃河下游河床沖淤過程及特點(diǎn) 25
2.4 黃河下游河段不同時期的橫斷面形態(tài)調(diào)整 27
2.4.1 小浪底水庫運(yùn)用前下游河段的橫斷面形態(tài)調(diào)整 27
2.4.2 小浪底水庫運(yùn)用后下游河段的橫斷面形態(tài)調(diào)整 30
2.5 黃河下游河段不同時期的河床縱剖面調(diào)整 31
2.6 本章小結(jié) 34
第3章 黃河下游平灘河槽形態(tài)調(diào)整過程及特點(diǎn) 35
3.1 平灘河槽形態(tài)參數(shù)的確定方法 35
3.1.1 斷面尺度平灘河槽形態(tài)的確定方法 37
3.1.2 河段尺度平灘河槽形態(tài)的確定方法 39
3.2 黃河下游不同河段平灘河槽形態(tài)參數(shù)的計算結(jié)果及分析 41
3.2.1 游蕩段平灘河槽形態(tài)調(diào)整過程及特點(diǎn) 41
3.2.2 過渡段平灘河槽形態(tài)調(diào)整過程及特點(diǎn) 45
3.2.3 彎曲段平灘河槽形態(tài)調(diào)整過程及特點(diǎn) 48
3.2.4 斷面與河段尺度的平灘河槽形態(tài)對比 50
3.3 河段平灘河槽形態(tài)與前期水沙條件之間的關(guān)系 51
3.3.1 游蕩段平灘河槽形態(tài)與前期水沙條件之間的關(guān)系 55
3.3.2 過渡段平灘河槽形態(tài)與前期水沙條件之間的關(guān)系 61
3.3.3 彎曲段平灘河槽形態(tài)與前期水沙條件之間的關(guān)系 64
3.4 本章小結(jié) 67
第4章 黃河下游平灘流量調(diào)整過程及特點(diǎn) 69
4.1 平灘流量的概念 69
4.2 斷面及河段尺度平灘流量的計算方法 70
4.2.1 斷面尺度平灘流量的計算方法 70
4.2.2 河段尺度平灘流量的計算方法 74
4.3 黃河下游平灘流量計算結(jié)果及分析 76
4.3.1 不同方法計算的典型斷面平灘流量結(jié)果及比較 76
4.3.2 各河段平灘流量的計算結(jié)果及分析 81
4.4 河段平灘流量與來水來沙條件之間的關(guān)系 83
4.4.1 河段平灘流量與流量及來沙系數(shù)的關(guān)系 84
4.4.2 河段平灘流量與水流沖刷強(qiáng)度的關(guān)系 87
4.5 本章小結(jié) 90
第5章 黃河下游主槽的動床阻力計算 91
5.1 沖積河流阻力構(gòu)成及研究現(xiàn)狀 91
5.1.1 沖積河流阻力構(gòu)成 91
5.1.2 動床阻力的計算方法 92
5.1.3 動床阻力的研究現(xiàn)狀 96
5.2 沖積河流床面形態(tài)判別及能態(tài)分區(qū) 97
5.2.1 沖積河流的床面形態(tài)類型 97
5.2.2 沖積河流阻力的水流能態(tài)分區(qū) 98
5.3 黃河下游主槽動床阻力數(shù)據(jù)整理及影響因素分析 102
5.3.1 黃河下游動床阻力數(shù)據(jù)整理 102
5.3.2 阻力影響因素分析及代表性參數(shù)選取 103
5.4 現(xiàn)有動床阻力公式的驗證及比較 106
5.4.1 現(xiàn)有代表性動床阻力公式介紹 106
5.4.2 現(xiàn)有動床阻力公式的驗證 110
5.4.3 現(xiàn)有動床阻力公式計算結(jié)果的比較 112
5.5 黃河下游主槽動床阻力公式的建立 113
5.5.1 不考慮水流能態(tài)分區(qū)的動床阻力計算公式 113
5.5.2 基于水流能態(tài)分區(qū)的動床阻力計算公式及其率定 115
5.5.3 基于水流能態(tài)分區(qū)的動床阻力公式的驗證 119
5.6 本章小結(jié) 122
第6章 黃河下游灘區(qū)的植被阻力計算 123
6.1 灘區(qū)植被阻力研究現(xiàn)狀 123
6.1.1 含植物水流的紊動特性研究 124
6.1.2 含植物水流的阻力特性研究 126
6.2 灘區(qū)植被阻力的概化水槽試驗 130
6.2.1 水槽試驗介紹 130
6.2.2 試驗流程及組次 132
6.2.3 試驗測量內(nèi)容 133
6.3 含植物渾水的紊動特性試驗結(jié)果 135
6.3.1 縱向流速分布特性 135
6.3.2 雷諾應(yīng)力分布特性 140
6.3.3 紊動強(qiáng)度分布特性 143
6.4 含植物渾水的阻力特性試驗結(jié)果 150
6.4.1 植物拖曳力系數(shù)的試驗結(jié)果 150
6.4.2 達(dá)西-魏斯巴赫阻力系數(shù)的試驗結(jié)果 154
6.4.3 曼寧阻力系數(shù)的試驗結(jié)果 154
6.5 本章小結(jié) 160
第7章 黃河下游河道洪水演進(jìn)過程的一維水沙數(shù)學(xué)模型 162
7.1 一維水沙數(shù)學(xué)模型研究現(xiàn)狀 162
7.2 一維水沙耦合模型框架及其構(gòu)成 164
7.2.1 控制方程及數(shù)值計算方法 164
7.2.2 模型關(guān)鍵問題處理 167
7.3 一維水沙耦合數(shù)學(xué)模型的率定及驗證 170
7.3.1 研究河段概況 170
7.3.2 一維水沙數(shù)學(xué)模型率定 171
7.3.3 模型驗證(1992年游蕩段高含沙洪水過程) 177
7.3.4 模型驗證(2004年游蕩段高含沙洪水過程) 180
7.4 不同斷面間距對模型計算結(jié)果的影響 183
7.4.1 黃河下游統(tǒng)測斷面介紹 184
7.4.2 斷面間距對模擬結(jié)果的影響分析 186
7.5 不同沖淤分配模式對計算結(jié)果的影響 188
7.5.1 現(xiàn)有沖淤分配模式介紹 188
7.5.2 沖淤分配模式對計算結(jié)果的影響分析 190
7.6 新動床阻力公式的模擬結(jié)果及其分析 191
7.7 本章小結(jié) 193
第8章 黃河下游灘區(qū)洪水的二維水沙數(shù)學(xué)模型 195
8.1 二維水沙數(shù)學(xué)模型研究現(xiàn)狀 195
8.2 二維水沙耦合數(shù)學(xué)模型的建立 196
8.2.1 二維渾水控制方程 197
8.2.2 渾水控制方程的數(shù)值求解 199
8.3 二維水沙耦合數(shù)學(xué)模型的率定及驗證 204
8.3.1 理想條件下二維瞬時局部潰壩水流模擬 204
8.3.2 逐漸收縮及放寬水槽內(nèi)潰壩水流模擬 205
8.3.3 突然展寬水槽內(nèi)潰壩水流演進(jìn)與床面沖淤模擬 206
8.3.4 局部可沖刷水槽內(nèi)潰壩水流引起的床面沖淤模擬 207
8.4 黃河下游典型灘區(qū)洪水演進(jìn)過程模擬 208
8.4.1 黃河下游典型灘區(qū)概況 209
8.4.2 灘區(qū)漫灘洪水的概化模型試驗 211
8.4.3 灘區(qū)概化模型中洪水演進(jìn)過程的數(shù)值模擬 216
8.5 網(wǎng)格尺度、村莊糙率及植被阻力對模擬結(jié)果的影響 222
8.5.1 網(wǎng)格尺度及村莊糙率對模擬結(jié)果的影響 222
8.5.2 考慮植被阻力對模擬結(jié)果的影響 231
8.6 本章小結(jié) 240
第9章 洪水中人體失穩(wěn)機(jī)理及標(biāo)準(zhǔn) 241
9.1 洪水中人體失穩(wěn)機(jī)理及標(biāo)準(zhǔn)的研究現(xiàn)狀 241
9.1.1 洪災(zāi)中人員傷亡情況概述 241
9.1.2 國內(nèi)外典型洪水災(zāi)害介紹 243
9.1.3 洪水中人體失穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)的研究現(xiàn)狀 245
9.2 基于力學(xué)機(jī)理的洪水作用下人體失穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn) 250
9.2.1 洪水作用下人體失穩(wěn)的力學(xué)分析 250
9.2.2 洪水中人體失穩(wěn)的概化水槽試驗及參數(shù)率定 255
9.2.3 與已有真實人體失穩(wěn)試驗結(jié)果的比較 258
9.3 不同坡度下洪水中人體的失穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn) 262
9.3.1 斜坡上洪水中人體跌倒失穩(wěn)公式 262
9.3.2 不同坡度下洪水中人體失穩(wěn)的水槽試驗及參數(shù)率定 264
9.3.3 與真實人體試驗結(jié)果對比 266
9.4 本章小結(jié) 268
第10章 灘區(qū)洪水中財產(chǎn)損失率的計算 270
10.1 洪水中財產(chǎn)損失率計算的研究現(xiàn)狀 270
10.2 灘區(qū)洪水中房屋損失率的計算 272
10.2.1 洪水中房屋損失的影響因素分析 272
10.2.2 洪水中房屋損失率的計算方法 274
10.2.3 黃河下游灘區(qū)洪水中房屋損失率計算 278
10.3 灘區(qū)洪水中主要農(nóng)作物損失率的計算 279
10.3.1 洪水中農(nóng)作物耐淹能力及損失率影響因素分析 280
10.3.2 黃河下游灘區(qū)洪水中農(nóng)作物損失率計算 281
10.4 本章小結(jié) 282
第11章 灘區(qū)洪水演進(jìn)與風(fēng)險評估二維綜合模型及其應(yīng)用 284
11.1 灘區(qū)洪水演進(jìn)與風(fēng)險評估二維綜合模型 284
11.1.1 生產(chǎn)堤潰口展寬計算模塊 284
11.1.2 不同受淹對象的洪水風(fēng)險評估模塊 286
11.1.3 灘區(qū)群眾避難逃生路線優(yōu)選模塊 286
11.2 二維綜合模型驗證 291
11.2.1 具有復(fù)雜地形的Toce河模型中的水流過程模擬 291
11.2.2 具有不同房屋分布灘區(qū)概化模型中的洪水演進(jìn)過程模擬 292
11.2.3 生產(chǎn)堤潰口展寬概化模型中的水沙過程模擬 299
11.3 二維綜合模型在黃河下游灘區(qū)的初步應(yīng)用 302
11.3.1 不同場次洪水的計算條件 302
11.3.2 2003年漫灘洪水演進(jìn)模擬與風(fēng)險評估的結(jié)果分析 307
11.3.3 “1958年”型灘區(qū)洪水演進(jìn)模擬與風(fēng)險評估的結(jié)果分析 313
11.4 本章小結(jié) 322
參考文獻(xiàn) 324
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 研究意義 3
1.2 研究現(xiàn)狀及存在問題 4
1.2.1 壩下游河床演變分析 4
1.2.2 灘區(qū)水沙演進(jìn)與洪水風(fēng)險評估 7
1.3 選題意義及研究內(nèi)容 9
1.3.1 選題意義 9
1.3.2 研究內(nèi)容 10
第2章 黃河下游水沙條件及河床演變特點(diǎn) 12
2.1 黃河下游河段概況 12
2.1.1 黃河下游不同河型河段概述 12
2.1.2 黃河下游不同河型河段的斷面形態(tài) 14
2.2 黃河下游河段不同時期的來水來沙過程及特點(diǎn) 16
2.2.1 黃河下游河段來水來沙過程的一般特點(diǎn) 17
2.2.2 黃河下游河段不同時期的來水來沙特點(diǎn) 18
2.3 黃河下游河段不同時期的河床沖淤過程及特點(diǎn) 22
2.3.1 小浪底水庫運(yùn)用前黃河下游河床沖淤過程及特點(diǎn) 23
2.3.2 小浪底水庫運(yùn)用后黃河下游河床沖淤過程及特點(diǎn) 25
2.4 黃河下游河段不同時期的橫斷面形態(tài)調(diào)整 27
2.4.1 小浪底水庫運(yùn)用前下游河段的橫斷面形態(tài)調(diào)整 27
2.4.2 小浪底水庫運(yùn)用后下游河段的橫斷面形態(tài)調(diào)整 30
2.5 黃河下游河段不同時期的河床縱剖面調(diào)整 31
2.6 本章小結(jié) 34
第3章 黃河下游平灘河槽形態(tài)調(diào)整過程及特點(diǎn) 35
3.1 平灘河槽形態(tài)參數(shù)的確定方法 35
3.1.1 斷面尺度平灘河槽形態(tài)的確定方法 37
3.1.2 河段尺度平灘河槽形態(tài)的確定方法 39
3.2 黃河下游不同河段平灘河槽形態(tài)參數(shù)的計算結(jié)果及分析 41
3.2.1 游蕩段平灘河槽形態(tài)調(diào)整過程及特點(diǎn) 41
3.2.2 過渡段平灘河槽形態(tài)調(diào)整過程及特點(diǎn) 45
3.2.3 彎曲段平灘河槽形態(tài)調(diào)整過程及特點(diǎn) 48
3.2.4 斷面與河段尺度的平灘河槽形態(tài)對比 50
3.3 河段平灘河槽形態(tài)與前期水沙條件之間的關(guān)系 51
3.3.1 游蕩段平灘河槽形態(tài)與前期水沙條件之間的關(guān)系 55
3.3.2 過渡段平灘河槽形態(tài)與前期水沙條件之間的關(guān)系 61
3.3.3 彎曲段平灘河槽形態(tài)與前期水沙條件之間的關(guān)系 64
3.4 本章小結(jié) 67
第4章 黃河下游平灘流量調(diào)整過程及特點(diǎn) 69
4.1 平灘流量的概念 69
4.2 斷面及河段尺度平灘流量的計算方法 70
4.2.1 斷面尺度平灘流量的計算方法 70
4.2.2 河段尺度平灘流量的計算方法 74
4.3 黃河下游平灘流量計算結(jié)果及分析 76
4.3.1 不同方法計算的典型斷面平灘流量結(jié)果及比較 76
4.3.2 各河段平灘流量的計算結(jié)果及分析 81
4.4 河段平灘流量與來水來沙條件之間的關(guān)系 83
4.4.1 河段平灘流量與流量及來沙系數(shù)的關(guān)系 84
4.4.2 河段平灘流量與水流沖刷強(qiáng)度的關(guān)系 87
4.5 本章小結(jié) 90
第5章 黃河下游主槽的動床阻力計算 91
5.1 沖積河流阻力構(gòu)成及研究現(xiàn)狀 91
5.1.1 沖積河流阻力構(gòu)成 91
5.1.2 動床阻力的計算方法 92
5.1.3 動床阻力的研究現(xiàn)狀 96
5.2 沖積河流床面形態(tài)判別及能態(tài)分區(qū) 97
5.2.1 沖積河流的床面形態(tài)類型 97
5.2.2 沖積河流阻力的水流能態(tài)分區(qū) 98
5.3 黃河下游主槽動床阻力數(shù)據(jù)整理及影響因素分析 102
5.3.1 黃河下游動床阻力數(shù)據(jù)整理 102
5.3.2 阻力影響因素分析及代表性參數(shù)選取 103
5.4 現(xiàn)有動床阻力公式的驗證及比較 106
5.4.1 現(xiàn)有代表性動床阻力公式介紹 106
5.4.2 現(xiàn)有動床阻力公式的驗證 110
5.4.3 現(xiàn)有動床阻力公式計算結(jié)果的比較 112
5.5 黃河下游主槽動床阻力公式的建立 113
5.5.1 不考慮水流能態(tài)分區(qū)的動床阻力計算公式 113
5.5.2 基于水流能態(tài)分區(qū)的動床阻力計算公式及其率定 115
5.5.3 基于水流能態(tài)分區(qū)的動床阻力公式的驗證 119
5.6 本章小結(jié) 122
第6章 黃河下游灘區(qū)的植被阻力計算 123
6.1 灘區(qū)植被阻力研究現(xiàn)狀 123
6.1.1 含植物水流的紊動特性研究 124
6.1.2 含植物水流的阻力特性研究 126
6.2 灘區(qū)植被阻力的概化水槽試驗 130
6.2.1 水槽試驗介紹 130
6.2.2 試驗流程及組次 132
6.2.3 試驗測量內(nèi)容 133
6.3 含植物渾水的紊動特性試驗結(jié)果 135
6.3.1 縱向流速分布特性 135
6.3.2 雷諾應(yīng)力分布特性 140
6.3.3 紊動強(qiáng)度分布特性 143
6.4 含植物渾水的阻力特性試驗結(jié)果 150
6.4.1 植物拖曳力系數(shù)的試驗結(jié)果 150
6.4.2 達(dá)西-魏斯巴赫阻力系數(shù)的試驗結(jié)果 154
6.4.3 曼寧阻力系數(shù)的試驗結(jié)果 154
6.5 本章小結(jié) 160
第7章 黃河下游河道洪水演進(jìn)過程的一維水沙數(shù)學(xué)模型 162
7.1 一維水沙數(shù)學(xué)模型研究現(xiàn)狀 162
7.2 一維水沙耦合模型框架及其構(gòu)成 164
7.2.1 控制方程及數(shù)值計算方法 164
7.2.2 模型關(guān)鍵問題處理 167
7.3 一維水沙耦合數(shù)學(xué)模型的率定及驗證 170
7.3.1 研究河段概況 170
7.3.2 一維水沙數(shù)學(xué)模型率定 171
7.3.3 模型驗證(1992年游蕩段高含沙洪水過程) 177
7.3.4 模型驗證(2004年游蕩段高含沙洪水過程) 180
7.4 不同斷面間距對模型計算結(jié)果的影響 183
7.4.1 黃河下游統(tǒng)測斷面介紹 184
7.4.2 斷面間距對模擬結(jié)果的影響分析 186
7.5 不同沖淤分配模式對計算結(jié)果的影響 188
7.5.1 現(xiàn)有沖淤分配模式介紹 188
7.5.2 沖淤分配模式對計算結(jié)果的影響分析 190
7.6 新動床阻力公式的模擬結(jié)果及其分析 191
7.7 本章小結(jié) 193
第8章 黃河下游灘區(qū)洪水的二維水沙數(shù)學(xué)模型 195
8.1 二維水沙數(shù)學(xué)模型研究現(xiàn)狀 195
8.2 二維水沙耦合數(shù)學(xué)模型的建立 196
8.2.1 二維渾水控制方程 197
8.2.2 渾水控制方程的數(shù)值求解 199
8.3 二維水沙耦合數(shù)學(xué)模型的率定及驗證 204
8.3.1 理想條件下二維瞬時局部潰壩水流模擬 204
8.3.2 逐漸收縮及放寬水槽內(nèi)潰壩水流模擬 205
8.3.3 突然展寬水槽內(nèi)潰壩水流演進(jìn)與床面沖淤模擬 206
8.3.4 局部可沖刷水槽內(nèi)潰壩水流引起的床面沖淤模擬 207
8.4 黃河下游典型灘區(qū)洪水演進(jìn)過程模擬 208
8.4.1 黃河下游典型灘區(qū)概況 209
8.4.2 灘區(qū)漫灘洪水的概化模型試驗 211
8.4.3 灘區(qū)概化模型中洪水演進(jìn)過程的數(shù)值模擬 216
8.5 網(wǎng)格尺度、村莊糙率及植被阻力對模擬結(jié)果的影響 222
8.5.1 網(wǎng)格尺度及村莊糙率對模擬結(jié)果的影響 222
8.5.2 考慮植被阻力對模擬結(jié)果的影響 231
8.6 本章小結(jié) 240
第9章 洪水中人體失穩(wěn)機(jī)理及標(biāo)準(zhǔn) 241
9.1 洪水中人體失穩(wěn)機(jī)理及標(biāo)準(zhǔn)的研究現(xiàn)狀 241
9.1.1 洪災(zāi)中人員傷亡情況概述 241
9.1.2 國內(nèi)外典型洪水災(zāi)害介紹 243
9.1.3 洪水中人體失穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)的研究現(xiàn)狀 245
9.2 基于力學(xué)機(jī)理的洪水作用下人體失穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn) 250
9.2.1 洪水作用下人體失穩(wěn)的力學(xué)分析 250
9.2.2 洪水中人體失穩(wěn)的概化水槽試驗及參數(shù)率定 255
9.2.3 與已有真實人體失穩(wěn)試驗結(jié)果的比較 258
9.3 不同坡度下洪水中人體的失穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn) 262
9.3.1 斜坡上洪水中人體跌倒失穩(wěn)公式 262
9.3.2 不同坡度下洪水中人體失穩(wěn)的水槽試驗及參數(shù)率定 264
9.3.3 與真實人體試驗結(jié)果對比 266
9.4 本章小結(jié) 268
第10章 灘區(qū)洪水中財產(chǎn)損失率的計算 270
10.1 洪水中財產(chǎn)損失率計算的研究現(xiàn)狀 270
10.2 灘區(qū)洪水中房屋損失率的計算 272
10.2.1 洪水中房屋損失的影響因素分析 272
10.2.2 洪水中房屋損失率的計算方法 274
10.2.3 黃河下游灘區(qū)洪水中房屋損失率計算 278
10.3 灘區(qū)洪水中主要農(nóng)作物損失率的計算 279
10.3.1 洪水中農(nóng)作物耐淹能力及損失率影響因素分析 280
10.3.2 黃河下游灘區(qū)洪水中農(nóng)作物損失率計算 281
10.4 本章小結(jié) 282
第11章 灘區(qū)洪水演進(jìn)與風(fēng)險評估二維綜合模型及其應(yīng)用 284
11.1 灘區(qū)洪水演進(jìn)與風(fēng)險評估二維綜合模型 284
11.1.1 生產(chǎn)堤潰口展寬計算模塊 284
11.1.2 不同受淹對象的洪水風(fēng)險評估模塊 286
11.1.3 灘區(qū)群眾避難逃生路線優(yōu)選模塊 286
11.2 二維綜合模型驗證 291
11.2.1 具有復(fù)雜地形的Toce河模型中的水流過程模擬 291
11.2.2 具有不同房屋分布灘區(qū)概化模型中的洪水演進(jìn)過程模擬 292
11.2.3 生產(chǎn)堤潰口展寬概化模型中的水沙過程模擬 299
11.3 二維綜合模型在黃河下游灘區(qū)的初步應(yīng)用 302
11.3.1 不同場次洪水的計算條件 302
11.3.2 2003年漫灘洪水演進(jìn)模擬與風(fēng)險評估的結(jié)果分析 307
11.3.3 “1958年”型灘區(qū)洪水演進(jìn)模擬與風(fēng)險評估的結(jié)果分析 313
11.4 本章小結(jié) 322
參考文獻(xiàn) 324
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近期黃河下游河床演變特點(diǎn)及灘區(qū)洪水風(fēng)險評估 節(jié)選
第1章 緒論 1.1 研究背景及意義 1.1.1 研究背景 1. 黃河下游河床演變概況 沖積河流上修建水庫后，改變了進(jìn)入下游河道的水沙條件，必然會引起壩下游河流的再造床過程。尤其在水庫運(yùn)用初期，壩下游河流將發(fā)生自上而下的普遍沖刷，使得河床形態(tài)發(fā)生顯著調(diào)整。這些壩下游河流的演變特點(diǎn)，將對河道防洪、灘區(qū)土地利用等方面帶來一系列的影響(錢寧， 1958; 胡春宏， 2005; 潘賢娣等， 2006; 陳建國等， 2012)。在水庫運(yùn)用初期，壩下游河床演變過程通常包括河床持續(xù)沖刷、縱比降調(diào)整、河床粗化、斷面及平面形態(tài)變化、過流能力調(diào)整等方面(Williams and Wolman， 1984; 趙業(yè)安等， 1998; Wu et al.， 2008a; Xia et al.， 2014a， 2014b)。黃河中上游水庫的修建對下游的水沙過程具有巨大的調(diào)節(jié)作用，在水庫運(yùn)用初期下游河床會產(chǎn)生長距離、長時間的調(diào)整過程。 三門峽水庫位于黃河中游下段，控制流域面積為68.8萬km2，是黃河干流上興建的**座以防洪為主的綜合性水利樞紐。根據(jù)1919～1989年的水文統(tǒng)計資料，多年平均入庫流量為1310m3/s，平均含沙量為34.7kg/m3，歷史**流量為22000m3/s，**含沙量為911kg/m3(楊慶安等， 1995)。三門峽水庫控制著黃河中游河口鎮(zhèn)至龍門和龍門至三門峽區(qū)間兩個主要洪水來源區(qū)，在小浪底水庫修建之前三門峽水庫承擔(dān)著黃河上*主要的防洪任務(wù)。三門峽水庫建成運(yùn)用后，經(jīng)歷了蓄水運(yùn)用、滯洪排沙運(yùn)用和蓄清排渾運(yùn)用三個階段(趙業(yè)安等， 1998; 潘賢娣等， 2006)。在蓄水運(yùn)用期(1960～1964年)，黃河下游發(fā)生持續(xù)沖刷，累積沖刷泥沙23.1億t，其中游蕩段占73%。長時間清水沖刷使得游蕩段演變過程較為復(fù)雜，河床斷面調(diào)整既有縱向下切又有橫向展寬；▓@口至高村河段的灘地4年內(nèi)累積坍塌面積約為200km2，二灘之間的河槽平均展寬超過1000m(潘賢娣等， 2006)。在滯洪排沙運(yùn)用期(1964～1973年)，由于受泄流規(guī)模的限制，各級洪水仍有不同程度的滯洪作用，下游河道累積淤積泥沙為39.5億t，其中游蕩段占67.7%。在蓄清排渾運(yùn)用期(1973～1999年)，水庫在非汛期蓄水?dāng)r沙，汛期降低水位控制排沙。因入庫水沙條件的變化，黃河下游河道經(jīng)歷了先淤積后沖刷再持續(xù)淤積的過程，該時期下游累積淤積量達(dá)42.5億t，其中游蕩段占57.9%。 小浪底水庫位于黃河中游*后一個峽谷段，控制流域面積為69.4萬km2，是黃河干流三門峽以下**具有較大庫容的控制性工程，既可有效地控制黃河下游洪水，又可利用其淤沙庫容攔截泥沙，進(jìn)行調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用，減緩下游河床淤積(張俊華等， 2007)。小浪底水庫自1999年10月開始蓄水，至2015年10月已經(jīng)蓄水?dāng)r沙運(yùn)用16年，將絕大多數(shù)中粗泥沙攔在水庫里，庫區(qū)共淤積泥沙約為30.7億m3。在小浪底水庫蓄水?dāng)r沙期間，進(jìn)入黃河下游的泥沙顯著減少，從而使得下游河道發(fā)生了持續(xù)沖刷。根據(jù)斷面法計算，這16年間黃河下游累積沖刷泥沙約為18.66億m3，其中高村以上游蕩段沖刷*為顯著，占整個下游沖刷量的72%。在近期黃河下游持續(xù)沖刷過程中，河床斷面形態(tài)調(diào)整較為顯著，下游不同河型河段的河床調(diào)整均表現(xiàn)為向窄深方向發(fā)展，其中游蕩段主槽展寬較為明顯，過渡段及彎曲段的平灘河寬調(diào)整較小。河床平面形態(tài)總體保持穩(wěn)定，與小浪底水庫運(yùn)用前相比，各個河段深泓擺動幅度均有所下降(夏軍強(qiáng)等， 2016， 2019)。近期實測資料分析表明，小浪底水庫運(yùn)用以來，黃河下游的洪水演進(jìn)特性、水沙輸移特點(diǎn)及河床沖淤規(guī)律更加復(fù)雜，尤其在游蕩型河段(陳建國等， 2012; 齊璞等， 2014; Xia et al.， 2014a， 2014b)。 2. 下游灘區(qū)洪水及洪災(zāi)損失概況 黃河下游共有120多個自然灘，面積約為4050km2，占下游河道總面積的80% (牛玉國等， 2013)。據(jù)統(tǒng)計，在黃河下游花園口站自1949年以來的48年實測資料中，洪峰流量超過10000m3/s的共計12次，**為1958年7月的22300m3/s；流量7000～10000m3/s的洪峰共計35次；自1982年8月花園口站出現(xiàn)流量為15300m3/s的洪峰以來，下游未再出現(xiàn)過洪峰流量超過10000m3/s的洪水。特別是三門峽水庫蓄清排渾控制運(yùn)用以來，下游每年汛期均為中小洪水，其中1996年8月流量為7860m3/s的洪峰為1982年8月以后**的一次(蘇運(yùn)啟等， 2006)。 據(jù)1950～2004年資料不完全統(tǒng)計，黃河下游共發(fā)生漫灘洪水44次，嚴(yán)重影響了灘區(qū)群眾的生命財產(chǎn)安全。例如，在1996年8月漫灘洪水中，緊急轉(zhuǎn)移群眾56萬人，倒塌及損壞房屋67.5萬間，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)65億元(牛玉國等， 2013)。盡管小浪底水庫運(yùn)用后大大減輕了黃河下游的防洪壓力，但無法控制小浪底至花園口(小—花)間產(chǎn)生的區(qū)間洪水，下游發(fā)生超過10000m3/s大洪水的風(fēng)險依然存在(端木禮明和成剛， 2003)；經(jīng)過20多年的蓄水?dāng)r沙運(yùn)用，下游河道主槽過流能力顯著提高，但局部河段的平灘流量仍不到4000m3/s，尤其是“二級懸河”河段的洪水威脅仍很嚴(yán)重。因此可以認(rèn)為黃河下游出現(xiàn)漫灘洪水的風(fēng)險依然存在，一旦發(fā)生必然嚴(yán)重威脅到灘區(qū)群眾的生命財產(chǎn)安全(夏軍強(qiáng)等， 2008; Hu[李1] et al.， 2012)。 1.1.2 研究意義 小浪底水庫運(yùn)用前后，黃河下游河道的河床調(diào)整較為劇烈，平灘河槽形態(tài)及過流能力發(fā)生了顯著變化，尤其在游蕩段。此外，黃河下游灘區(qū)是當(dāng)?shù)厝罕娰囈陨娴膱鏊瑫r也承擔(dān)蓄洪、滯洪及沉沙的功能，故洪水風(fēng)險仍是灘區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要制約因素。但隨著近期黃河下游河床的進(jìn)一步調(diào)整，灘區(qū)洪水風(fēng)險也隨之發(fā)生變化。因此開展近期黃河下游河床演變特點(diǎn)及灘區(qū)洪水風(fēng)險評估的研究，是當(dāng)前迫切需要解決的關(guān)鍵問題。 1. 黃河下游河床演變的研究意義 在沖積河流上修建水庫后，下游河道將失去平衡。壩下游河流為建立新的平衡，必然將發(fā)生一系列的變化，尤其在河床形態(tài)調(diào)整方面。小浪底水庫的運(yùn)用改變了進(jìn)入黃河下游的水沙過程，沙量急劇減少導(dǎo)致下游河床發(fā)生持續(xù)沖刷。因此研究近期黃河下游的河床演變規(guī)律，具有十分重要的科學(xué)意義。 黃河下游河床演變過程復(fù)雜，影響因素較多，在現(xiàn)階段要做出精確的定量分析與長期預(yù)報，仍存在不少困難(謝鑒衡， 2004; 王光謙， 2007)。目前常見的河工模型試驗及水沙數(shù)學(xué)模型，已廣泛地應(yīng)用于預(yù)測壩下游河流的長期演變過程(胡春宏和郭慶超， 2004; 王光謙， 2007)。除了這些傳統(tǒng)的物理模型和數(shù)學(xué)模型，基于水沙運(yùn)動基本理論，結(jié)合河道實測資料分析而提出的經(jīng)驗?zāi)Ｐ突蚋呕Ｐ，也能用于分析壩下游河流的演變過程(梁志勇等， 2005; 胡春宏等， 2006; Shin and Julien， 2010; Wu et al.， 2012; Xia et al.， 2014a， 2014b)。但常見的基于平衡態(tài)河流河床演變的分析方法，如各類水力幾何形態(tài)關(guān)系或河相關(guān)系等，僅能給出平衡或準(zhǔn)平衡條件下河床形態(tài)與水沙條件之間的經(jīng)驗或半經(jīng)驗關(guān)系(陳緒堅和胡春宏， 2006; Lee and Julien， 2006)。盡管河床演變自動調(diào)整原理指出了非平衡態(tài)河床調(diào)整的方向和目標(biāo)，但目前缺乏描述非平衡態(tài)河流演變過程的理論和方法，通常較多地采用指數(shù)或冪函數(shù)等非線性函數(shù)來描述壩下游河床形態(tài)的調(diào)整過程(Graf， 1977; 吳保生， 2008; Wu et al.， 2008b; Shin and Julien， 2010; Wu et al.， 2012)。與以往數(shù)學(xué)模型研究河床演變過程不同，基于河床演變自動調(diào)整原理及變率方程的滯后響應(yīng)模型，已用于分析壩下游河流典型斷面的宏觀調(diào)整過程(吳保生， 2008)。另外由于壩下游河流的河床形態(tài)沿程變化較大，河段內(nèi)某一特定斷面的調(diào)整過程難以反映整個河段的演變規(guī)律，因此需要采用河段平均的特征變量來描述河段整體的變化過程(梁志勇等， 2005; Harman et al.， 2008; Xia et al.， 2014a， 2014b)。 上述分析表明，常見的河床演變分析方法多適用于平衡態(tài)河流，不適用于預(yù)測壩下游河流大尺度及長時間的調(diào)整過程；谧詣诱{(diào)整原理的河床變形與相應(yīng)水沙過程之間的滯后響應(yīng)模型，通常僅適用于計算特定水文斷面的河床調(diào)整，不適用于預(yù)報整個河段的宏觀演變過程。因此需要提出基于河段尺度的河床演變分析方法，建立相應(yīng)的河床演變概化模型，用于預(yù)測黃河下游河段的河床演變趨勢。 2. 灘區(qū)洪水模擬及風(fēng)險評估的研究意義 開展灘區(qū)水沙演進(jìn)模擬技術(shù)及洪水風(fēng)險評估方法的研究，是當(dāng)前黃河下游灘區(qū)治理中迫切需要解決的關(guān)鍵問題。漫灘洪水中群眾生命財產(chǎn)安全程度的計算需要解決兩個關(guān)鍵問題：復(fù)雜條件下主槽及灘區(qū)洪水演進(jìn)過程的模擬技術(shù)(周孝德等， 1996; 程曉陶等， 1998; 劉樹坤等， 1999; 孫東坡等， 2007)；洪水中群眾生命財產(chǎn)安全程度的評估方法(Xia et al.， 2011)。水沙演進(jìn)模擬既是開展灘區(qū)洪水風(fēng)險評估的前提，也是河流動力學(xué)研究中的重要內(nèi)容之一。洪水演進(jìn)模擬的計算精度一般取決于阻力、挾沙力計算、合適的控制方程及數(shù)值求解方法等(謝鑒衡， 1990)。黃河下游復(fù)雜的河道形態(tài)特征與水沙過程表明主槽的動床阻力不易確定；灘區(qū)植被種類多及阻水建筑物分布復(fù)雜，故也不易確定灘地阻力(錢寧等， 1959; 程曉陶等， 1998)，F(xiàn)有半經(jīng)驗、半理論的阻力公式都不能較好地描述黃河下游主槽及灘地阻力的變化規(guī)律。另外常用的水沙非耦合解法不能考慮床面沖淤對洪水演進(jìn)的影響，僅適用于低含沙量水流且床面沖淤速率較小的情況(謝鑒衡， 1990)。因此為了精確地模擬黃河下游的洪水演進(jìn)過程，必須完善現(xiàn)有河流動力學(xué)中的阻力及水流挾沙力計算方法，同時采用合適的控制方程及數(shù)值求解方法。漫灘洪水中群眾生命財產(chǎn)安全程度的評估主要涉及洪水中各類受淹對象(人體與財產(chǎn))穩(wěn)定性的計算方法。以往的洪水風(fēng)險評估通常按**淹沒水深大小劃分洪泛區(qū)的危險程度，沒有考慮洪水中各類受淹對象的受力特點(diǎn)對其穩(wěn)定性的影響(劉樹坤等， 1991; 姜付仁和向立云， 2002)。因此不能簡單地以水深大小作為洪水中群眾生命財產(chǎn)安全評估的標(biāo)準(zhǔn)。 上述分析表明，現(xiàn)有黃河下游洪水演進(jìn)的模擬技術(shù)及洪水風(fēng)險的評估方法相對落后，需要進(jìn)一步完善及改進(jìn)。故開展上述兩方面的研究，對拓展與豐富河流動力學(xué)的研究內(nèi)容，具有重要的科學(xué)意義及實用價值。 1.2 研究現(xiàn)狀及存在問題 1.2.1 壩下游河床演變分析 1. 傳統(tǒng)的河床演變分析方法 目前預(yù)測壩下游河流的長期演變過程常采用河工模型試驗及水沙數(shù)學(xué)模型。尤其是一、二維數(shù)學(xué)模型，仍是研究壩下游河床演變的主要方法(謝鑒衡和魏良琰， 1987; 李義天等， 2011)。郭慶超等(2005)建立了基于非均勻沙不平衡輸移理論的一維水沙數(shù)學(xué)模型，研究了小浪底水庫單獨(dú)運(yùn)用以及小浪底與古賢水庫聯(lián)合運(yùn)用80年內(nèi)黃河下游的沖淤過程。盡管一維水沙數(shù)學(xué)模型中研究范圍可覆蓋整個壩下游河段，但結(jié)果通常僅能提供斷面平均的水沙因子及沖淤厚度等有限信息，一般不能預(yù)測壩下游河流的河寬調(diào)整。針對一維水沙數(shù)學(xué)模型計算結(jié)果的局限性，二維水沙數(shù)學(xué)模型已用于計算壩下游典型河段的沖淤過程。如夏軍強(qiáng)等(2005)建立了平面二維河床縱向與橫向變形模型，較好地模擬出了黃河下游游蕩段非汛期槽淤灘沖與汛期槽沖灘淤的過程。由于對水沙運(yùn)動及河床演變機(jī)理等方面認(rèn)識上的不足，現(xiàn)有數(shù)學(xué)模型所用的基礎(chǔ)理論存在一定的局限性，如計算中仍采用一些假定或經(jīng)驗系數(shù)，對于一些關(guān)鍵參數(shù)及計算模式的處理仍不夠完善。因此這些局限性使得模型預(yù)測結(jié)果的經(jīng)驗性很強(qiáng)，由此可能帶來計算成果的不合理。
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