大沽夾河流域水文水動力耦合模型研究及應(yīng)用.pdf

1、丘陵、平原混合地區(qū)流域下墊面變化劇烈、產(chǎn)匯流條件復(fù)雜，河道內(nèi)水流運動不僅受上游來水的作用，而且還受下游回水頂托、其它支干流流量等因素的影響，傳統(tǒng)的流域水文模型中河網(wǎng)匯流部分無法描述這些影響因素而導(dǎo)致流域出口斷面的洪水預(yù)報精度降低。針對這一問題，本文以煙臺大沽夾河流域為研究對象，首先在水文學(xué)方法中加入河道水流運動物理機制的描述，建立適合于丘陵、平原混合地區(qū)的水文學(xué)模型和水力學(xué)模型，以求盡可能地反映流域匯流真實情況;其次借助計算機等工具求解

2、圣維南方程組，得到河道內(nèi)不同斷面的流量和水位，以補充傳統(tǒng)洪水預(yù)報無法得到的信息，提高預(yù)報精度;最后，將模型應(yīng)用于研究大沽夾河的洪水預(yù)報和分析流域控制斷面的過流能力。本文主要的研究內(nèi)容和成果包括:
　　(1)針對傳統(tǒng)的流域水文模型無法描述各種因素如何影響河道復(fù)雜水流運動規(guī)律這一問題，首先分析了研究區(qū)域的氣候和下墊面特點，選擇了適合北方干旱半干旱地區(qū)的大伙房模型作為流域水文模型;然后詳細研究了有限差分法的Preissmann四點偏心隱

3、格式的一維水動力學(xué)模型的原理和構(gòu)建方法，并著重分析了一維水動力學(xué)模型構(gòu)建過程中所涉及到的特殊模型參數(shù)和河網(wǎng)內(nèi)外邊界條件等處理方法;最后研究了水文水動力模型耦合的方法及其計算機實現(xiàn)。所建立的水文與水動力學(xué)耦合模型將作為河道洪水預(yù)報和控制斷面過流能力分析的技術(shù)手段。
　　(2)為了驗證研究的水文水動力學(xué)耦合模型的優(yōu)勢及其計算的可靠性，分別利用MIKE11HD模型代替一維水動力學(xué)模型（Preissmann四點差分隱格式）和純水文學(xué)方法—

4、大伙房模型，進行了流域出口斷面的洪水模擬。研究結(jié)果表明:兩種水動力學(xué)模型計算結(jié)果誤差很小，水文水動力學(xué)耦合模型計算穩(wěn)定可靠;所研究建立的水文水動力學(xué)耦合模型的模擬結(jié)果優(yōu)于純水文學(xué)方法——大伙房模型，尤其是洪峰流量、峰現(xiàn)時間模擬結(jié)果更佳，該模型能較好地反映流域產(chǎn)匯流特性和水流運動。本文所建立的耦合模型可作用丘陵、平原混合地區(qū)的洪水預(yù)報工具。
　　(3)針對門樓水庫至內(nèi)外夾河匯合段經(jīng)常出現(xiàn)沒達到安全流量卻出現(xiàn)河道漫灘這一問題。首先，研

5、究分析了出現(xiàn)這一現(xiàn)象可能的主要影響因素;其次，以上述水文水動力學(xué)模型為基礎(chǔ)，建立了整個大沽夾河流域的耦合模型;最后，設(shè)計了多種模擬方案，分析了不同外夾河流量和入?？诔蔽蛔兓瘲l件下對清洋河（內(nèi)夾河）的過流能力的影響，為門樓水庫實時調(diào)度決策提供技術(shù)支撐。研究結(jié)果表明:當(dāng)水庫泄流量大于外夾河入流量時，對南關(guān)大橋控制斷面過流能力影響最大的是門樓水庫泄流量;當(dāng)水庫泄流量小于外夾河入流量時，對南關(guān)大橋控制斷面過流能力影響最大的是外夾河入流量;潮汐項