基于洞庭湖区整体二维数学模型的洪涝灾害模拟及防洪减灾研究

论文摘要

洞庭湖区位于荆江河段南岸,是中国遭受洪水最频繁及最严重的地区之一,且湖区内洪涝灾害形势日趋严峻;同时,在三峡运行后新的水文情势下,洞庭湖区面临着严峻的季节性缺水问题,这些都严重制约了洞庭湖区域的绿色生态发展。因此,如何解决洞庭湖区洪涝灾害问题及科学高效利用水资源,已成为河湖水动力学、防灾减灾以及流域综合治理等研究的热点及难点。为此,本文以洞庭湖区复杂河湖水网为研究对象,开展了以下研究:(1)以洞庭湖区近60年的水文资料为依据,通过分析“三口”、“四水”洪水期及枯水期水位流量变化和洞庭湖区降雨量变化规律,揭示了湖区水文情势变化趋势。在此基础上,基于洞庭湖区水陆域地形数据,利用非结构化网格对湖区进行剖分,并采用有限体积法进行空间离散,首次构建了洞庭湖区水陆域整体二维数学模型。(2)数值模拟了湖泊萎缩情况下的湖区洪水变化过程。结果表明,洪峰流量及洪峰水位随湖泊的萎缩而大幅增加,且洪峰流量及水位的对应达到时刻随着湖泊的萎缩而有所提前,因此若洞庭湖在当前湖泊面积(约2670km2)的基础上进一步萎缩,湖区将面临更为严峻的洪水灾害。(3)通过模拟洞庭湖区“退田还湖”发现,不同蓄洪垸的平退对洞庭湖各湖区水位影响效果不同,平退共双茶垸对西洞庭及南洞庭西部水位影响较大;而平退钱粮湖垸及大通湖东垸对整个洞庭湖湖区水位都有明显的消减作用。根据“蓄洪补枯”理念,提出了新型防洪减灾方案—“河湖分离”。通过量化分析其对湖区防洪抗旱能力发现,该方案能有效隔离湖内的中小洪水,使其不占据湖容,从而增大洞庭湖的有效防洪库容,缓解湖区防洪压力。此外,“河湖分离”方案能够大大增加湖区蓄水量,缓解湖区季节性缺水问题。(4)考虑降雨和排涝过程,对湖区涝渍灾害情况进行模拟分析。结果表明,三口河道下游河网密集区域、钱粮湖垸、大通湖东垸及共双茶垸东部等地区易受涝渍灾害影响。目前湖区排涝对堤垸内涝灾消减效果有限,湖区泵站排涝能力整体偏弱。尽管如此,湖区排涝对湖内洪水过程仍存在一定的影响。研究成果可为湖区洪涝灾害评价、预报及洪涝灾害治理提供科学依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究意义及背景
•   1.2 研究现状及进展
•     1.2.1 洞庭湖区洪涝灾害研究进展
•     1.2.2 洞庭湖区水动力数学模型研究进展
•     1.2.3 洞庭湖治理研究进展
•   1.3 主要研究内容与论文结构
•     1.3.1 主要研究内容
•     1.3.2 论文组织结构
• 第二章 洞庭湖区整体二维数学模型建立与验证
•   2.1 数学模型简介
•     2.1.1 基本方程
•     2.1.2 数值计算方法
•     2.1.3 初始条件及参数
•   2.2 关键问题处理及检验
•     2.2.1 水工结构建筑物
•     2.2.2 洪水演进模拟
•     2.2.3 降雨模拟
•     2.2.4 泵站模拟
•   2.3 洞庭湖区整体二维数学模型建立
•     2.3.1 数学模型建立
•     2.3.2 模型率定与验证
•   2.4 小结
• 第三章 湖泊萎缩对洞庭湖区洪水过程影响模拟研究
•   3.1 洞庭湖区入湖洪水分析
•     3.1.1 三口分流量
•     3.1.2 四水入湖量
•   3.2 洞庭湖区洪水位分析
•   3.3 洞庭湖萎缩对湖内洪水影响
•     3.3.1 湖内水位变化
•     3.3.2 湖内流量变化
•     3.3.3 水面坡降变化
•   3.4 小结
• 第四章 “蓄洪补枯”理念下防洪减灾措施的应用研究
•   4.1 “退田还湖”治理方案研究
•     4.1.1 湖内水位变化
•     4.1.2 湖内流量变化
•     4.1.3 湖内坡降变化
•     4.1.4 分洪方式对洪水消减效果的影响
•   4.2 “河湖分离”治理方案研究
•     4.2.1 “河湖分离”方案对洞庭湖防洪效果分析
•     4.2.2 “河湖分离”方案蓄水效果分析
•   4.3 小结
• 第五章 洞庭湖区洪涝灾害数值模拟研究
•   5.1 湖区降雨量分析
•     5.1.1 湖区降雨量趋势分析
•     5.1.2 最大一日降雨量重现期统计
•     5.1.3 最大三日降雨量重现期统计
•   5.2 湖区涝灾模拟研究
•     5.2.1 模型
•     5.2.2 沥涝标准
•     5.2.3 排涝标准
•     5.2.4 不排涝情况下的湖区淹没范围
•     5.2.5 排涝情况下的湖区淹没范围
•   5.3 湖区降雨排涝对洪水过程的影响研究
•   5.4 小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 主要研究成果与结论
•   6.2 论文的主要创新点
•   6.3 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 刘易庄

导师: 蒋昌波

关键词: 洞庭湖,整体二维数学模型,洪涝灾害,退田还湖,防洪减灾,情景分析

来源: 长沙理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地球物理学,水利水电工程

单位: 长沙理工大学

分类号: TV87;P333

DOI: 10.26985/d.cnki.gcsjc.2019.000255

总页数: 149

文件大小: 14499K

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