基于自然邻点插值计算的溃堤洪水二维模型

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1、摘要：为了模拟溃堤洪水的演进过程，建立计算区域的二维水动力模型，采用基于非结构网格的Roe格式离散求解。针对保护区内存在线状地物等实际特点，将道路、灌渠渠堤等建筑物线性处理，概化为宽顶堰的形式计算，赋予实际高程，将其作为特殊边界与非结构网格耦联;采用自然邻点插值计算方法，将保护区与排水沟分区插值，还原区域内排水沟地形，通过以上方法，获得了具有真实地形的模型。将模型应用于青铜峡河西灌区四排口险工溃堤洪水模拟，有效模拟了道路、渠堤等特殊边界阻水和桥涵过水效果，以及排水沟内排水和入河口洪水倒灌过程，较为真实地反映了洪水在计算区域

2、内的演进过程和淹没范围，具有较好的应用价值。关键词：二维模型；特殊边界；非结构网格；耦联；自然邻点插值计算；分区插值；青铜峡河西灌区中图分类号：TV131.2文献标志码：A文章编号:1672-1683(2016)04-0014-07Abstract：Inordertosimulatethefloodwavepropagationthroughthebreaches，atwo-dimensionalhydrodynamicmodelwasdeveloped.Roemethodofunstructuredmeshwasused

3、tosolvethe2Dmodel.Basedontheactualcharacteristicssuchaslinearfeaturesinthefloodprotectedzone，waysandirrigationditchesweregeneralizedtobroadcrestedweirforcalculationandendowedrealheight,consideringitasspecialborderandcoupledunstructuredmesh.UsingtheNaturalNeighborI

4、nterpolation,separatedinterpolationwasconductedbetweenprotectedzoneandaqueduct，andterrainofaqueductintheareawasrecovered，andmodelwithrealterrainwasobtainedthroughtheabovemethods.ThemodelwasappliedtothecaseofQingtongxiaWestIrrigationofYellowRiveronSipaikou，effectiv

5、elysimulatedwaterblockingofspecialbordersuchaswaysandirrigationditchesandwaterflowofbridgeculverts，andtheeffectofdrainintheaqueductandintrusionintheestuary，andtrulysimulatedthefloodwavepropagationandinundationareaoffloodincalculationarea，thusthepaperhasbrightappli

6、cationvalue.Keywords：two-dimensionalmodel；specialborder；unstructuredmesh；coupled；naturalneighborinterpolation；separatedinterpolation；QingtongxiaWestIrrigationofYellowRiver近年来，由于河道中上游植被减少，导致流域涵养水源、调节径流、削减洪峰能力降低，加之水土流失加剧，河床淤高，泄洪能力降低，洪涝灾害的发生曰趋频繁。在洪水冲刷的情况下，堤防一旦溃决，将造成房

7、屋倒塌、农田绝收的严重后果。因此，对溃堤洪水在保护区域内的演进过程进行数值模拟，可以有效开展溃堤洪水的风险分析，为防汛救灾提供决策依据。采用二维水动力学模型模拟溃堤洪水在二维平面上的演进情况，可以获得良好的模拟效果，近年来在国内外有着广泛的应用。求解二维模型最初采用有限差分法，有限元法和有限体积法等也被应用到二维水流数学模型的求解中。姜晓明等［1］采用基于黎曼近似解的水动力学模型对松花江干流胖头泡溃堤洪水进行了模拟计算；田志静［2］等根据洪水传播和运动的特性建立了二维水动力模型，并对沁河高庄段的水流进行了模拟；苑希民［3］

8、等建立了漫溃堤联算的全二维水动力模型对黄河宁蒙段河道以及两岸的灌区进行了漫溃堤洪水的模拟计算；付成威［4］等利用建立的水动力模型模拟了谷堆圩蓄滞洪区溃堤洪水的演进过程；张弛［5］等将建立的二维数值模型应用到甘肃舟曲的山洪灾害模拟中，并采用了基于leap-frog有限差分格式的网格流出修正法来保证计算的稳