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溃坝形成洪水的流量大,速度快,破坏力巨大。半个多世纪以来,大坝溃决的案例时有发生,溃坝给人类的生命安全和财产安全产生了巨大的危害,大坝的运行安全问题因而也广受各个方面关注,针对大坝溃坝相关机理的试验研究也越发变得活跃。溃坝下泄洪水运动十分复杂,影响因素多,早期开展的研究大多是通过物理模型来进行。伴随计算机技术和数值方法的发展,越来越多的研究者开始采用数值计算方式模拟溃坝问题,数值计算的优越性也随之得到体现。 黑河金盆水利工程是西安市黑河引水工程的主要水源工程,是以城市供水为主,兼顾灌溉、发电、防洪等多种功能的大型水利工程。水库下游人口密集,工厂众多,是重要农业生产区,一旦发生超标准洪水引发的漫顶溃坝,将给下游地区造成巨大损失。 本论文是在前人研究成果的基础上,针对土石坝溃坝的特点,建立了一套涉及水库调度调洪计算、溃坝发生后溃口发展过程数值模拟和下游河道以及洪泛区洪水演进的数学模型进行溃坝洪水的演进预测。 本文的主要研究内容以及成果如下: 1、在回顾已有研究成果的基础上,针对溃坝这一特殊水力学现象洪水波的特点以及近期实验研究成果,综合水库调洪演算、清水冲刷以及溃口冲刷侵蚀机理,在BREACH模型基础上发展构建了土石坝漫顶溃口流量过程计算物理模型,提出新的溃口发展控制模型,对金盆水库万年一遇溃坝过程进行模拟,模型应用于金盆水库大坝溃决过程的模拟,很好再现了溃决时溃口的流量、展宽和下切过程。通过将模拟结果与几个具有代表性的成熟模型计算结果进行对比,获得金盆水库超标准洪水导致的漫顶溃坝洪水过程线; 2、介绍了MIKE21水动力模块的原理和功能。 3、应用MIKE21水动力模块、ArcGIS10.0在30m精度黑河流域数字地形图(DEM)的基础上对溃坝洪水进行了模拟。论文主要成果如下:(1)溃坝最大流量为65304m3/s~79446m3/s;(2)计算获得模拟时段内17个断面不同时刻的洪水水深分布图;(3)给出了33个城镇代表性淹没水深过程线;(4)不同溃坝时刻淹没区范围,下游村庄淹没情况。