长沙市洪水漫堤及演进过程数值模拟

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湘江是湖南省内最大的河流,发源于广西壮族自治区兴安县白石乡的石梯,河源为海洋河,自南向北流入洞庭湖。湖南境内很中心城市如长沙市、株洲市、湘潭市、衡阳市、永州市都是沿湘江而建。湖南省的中心城市都隶属于亚热带季风气候,洪水期存在溃漫堤以及暴雨内涝的风险,长沙市历史上发生过多次大规模洪水,如1998年特大洪水。近年来,随着中国经济的快速发展,长沙市的城市化建设脚步逐步加快,城区面积不断增加,使得洪水致灾因子与往年相比出现了一定的变化。如2017年7月份湖南省发生了大规模的洪水灾害,长沙水文站突破历史最高水位,随之而来的洪水漫堤给长沙市城区带来了严重的影响,给人民生活带来了巨大的威胁。而此前,长沙市城区从未出现过如此大规模的洪水漫堤现象,可以预见的是随着城市化的不断加快,漫堤洪水将成为长沙市最主要的洪水致灾因子。因此,为了减少市民财产损失以及让长沙市民能全面及时的了解长沙市的洪水风险信息,为汛期到来时做出及时的预防工作,本文将运用模型对长沙市城区洪水漫堤演进过程进行分析。本文依据湘江实地勘察数据以及一维圣维南方程建立湘江与浏阳河一维河道模型,基于长沙市14m精度DEM地形数据以及二维浅水方程,通过非结构化网格建立长沙市城区二维水动力模型,在此基础上,通过堰流公式对一维以及二维模型进行耦合,建立了河道一维-城区二维的一二维耦合模型。通过干湿水深理论以及糙率分区对二维模型进行优化;在长沙市土地利用图的基础上对长沙市二维地形模型进行糙率分区,以概化建筑用地、绿地、林地等面状阻水建筑物,同时通过加密网格的形式对道路、堤防、铁路以及其他线状阻水建筑物进行概化;在真实河道测量点的基础上通过反距离权重插值法对河道进行插值,提取河道断面,并且对不同河段进行了糙率分区。在一二维耦合模型的基础上本文对2017年7月份长沙市发生的特大洪水漫堤过程进行了模拟,并且通过了验证。在此基础上将2019年湖南省发生的历史最大流量洪水与2017年洪水过程相结合推求历史最大流量洪水过程,并以此为依据计算分析在历史最大流量洪水过程下的洪水漫堤演进过程,并且对比分析了在两种工况下洪水漫堤演进的淹没面积、淹没水深、洪水前锋演进距离等因素,给出了长沙市易受漫堤洪水侵袭的地点以及需重要关注的区域,针对这些区域进行了进一步的精细分析,并且得到洪水漫堤点,为长沙市防洪规划决策提供支持。
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