洪水淹没动态分析系统设计与开发.pdf

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1、第32卷第2期灾害学Vol.32No.22017年4月JOUＲNALOFCATASTＲOPHOLOGYApr.2017刘强，秦毅，李国栋，等．洪水淹没动态分析系统设计与开发［J］．灾害学，2017，32(2):72－76，116．［LIUQiang，QINYi，LIGuodong，etal．DesignandDevelopmentofanOn－lineFloodSimulationSystem［J］．JournalofCatastrophology，2017，32(2):72－76，116．doi:10.3969/j.issn.1000－811X.2017.02.013．］*洪

2、水淹没动态分析系统设计与开发111222刘强，秦毅，李国栋，刘哲，程道君，赵英虎(1.西安理工大学水利水电学院，陕西西安710048;2.天津市水务局，天津300074)摘要:针对复杂的实时水、雨、工情条件，开展任意水文及溃口条件下洪水淹没动态分析模型研究与应用系统开发，对实际防汛减灾工作具有重要的作用。基于二维浅水方程，运用Godunov型非结构有限体积法，建立了适应复杂地形的洪水演进水动力学模型;针对溃堤洪水演进特点，通过优化模型算法，显著提高了程序计算效率;采用面向服务架构，考虑模型－系统的松耦合性，开发了基于GIS平台的洪水淹没动态分析系统;卫河右堤溃堤洪水模拟案例表明

3、，本系统具有较好的计算稳定性和效率，在防汛应急决策支持方面具有较好的应用前景。关键词:洪水风险;动态分析;水动力学;溃堤;系统开发中图分类号:X43文献标志码:A文章编号:1000－811X(2017)02－0072－06doi:10.3969/j.issn.1000－811X.2017.02.013洪水风险图编制是落实防汛工作从“控制洪项目的完成，各编制区域资料齐全，为顺利开展水”向“洪水管理”转变的重要基础支撑，对降低洪洪水演进实时计算系统建设提供了重要保障。水灾害至关重要。中国在2013－2015年度实施了本文基于二维浅水方程，运用Godunov型非结全国重点地区洪水风险

4、图编制项目。在项目实施构有限体积法，建立了适应复杂地形的洪水演进过程中，通过分析典型水文组合和溃口位置，确水动力学模型;针对溃堤洪水演进特点，通过优定计算方案集，并针对这些特定的方案进行洪水化模型算法，采用自适应时间步长技术，显著提分析计算。这些洪水分析方案具有较强的代表性，高了程序计算效率;采用面向服务架构，考虑模可为防汛工作提供参考。但在实际工作中，水、型－系统的松耦合性，开发了基于GIS平台的洪水雨、工情条件非常复杂且多变，实际汛情与已有淹没动态分析系统。的特定计算方案情景可能差别较大，极大制约了洪水风险图的实际应用效果。1洪水淹没分析模型自然灾害风险具有动态变化的特性，

5、模型关键约束条件、计算结果等随时间约束变化而产生1.1控制方程明显变化［1］。近年来，针对洪涝灾害的业务与应［10］采用二维浅水方程作为控制方程:［2－9］用系统得到了大量研究。洪水淹没动态分析系UEadvGadv++=S。(1)统可针对任意水文及溃口条件进行快速、滚动计txyadvadv算，为防汛决策等提供动态、实时的洪水淹没信式中:U为守恒向量;E、G分别为x、y方向息，是洪水风险图编制项目的重要补充内容。然的对流通量向量;S为源项向量。而，受资料条件、计算机发展水平、数学模型等éhù方面的制约，我国目前尚未广泛建设洪水演进实U=êhuú;(2)êú时计算系统。

6、随着全国重点地区洪水风险图编制ëhvû*收稿日期:2016－07－26修回日期:2016－09－28基金项目:天津市水务局科研专项(KY2015－10);陕西省水利厅科技计划项目(2014SLKJ－01)第一作者简介:刘强(1982－)，男，满族，辽宁绥中人，博士生，主要从事洪水灾害研究．E-mail:hustlq_2003@126.com2期刘强，等:洪水淹没动态分析系统设计与开发73éhuùΩêúΔt=Cr·mini，k[((

7、u

8、+槡gh)L)]。(12)adv2122⊥kkiE=êhu+g(h－b)ú;(3)ê2ú式中:Δt为时间步长;Cr为克朗(Courant)数，0

9、＜ëhuvûCr≤1，一般情况下取Cr=0.8;u⊥和h为界面的hvＲoe平均;N为计算网格的单元总数。éùadvêhuvú传统洪水淹没分析模型一般采用固定时间步G=êú;(4)êhv2+1g(h2－b2)ú长，为了保证整个模拟周期的计算稳定性，需要ë2û给定一个统一、固定、较小的时间步长。本模型é0ùé0ùér－iù通过动态分析水流状态，按照克朗数自适应控制S=êg(h+b)S0xú+ê－ghSfxú+ê0ú。(5)时间步长，有效提高了模型计算效率。êúêúêúëg(h+b)S0yûë－g