[发明专利]一种梯级水库群连续溃决洪水模拟方法

说明书

本发明公开了一种梯级水库群连续溃决洪水模拟方法，包括提取河网信息，采用圣维南方程和马斯京根方程对河道内洪水进行演进计算，沿地形方向进行河道外滞洪和行洪，对水库进行调洪演算，将溃坝出流全过程作为大坝下游河段入流洪水，返回步骤S2。本发明将溃坝过程、洪水演进与水库调蓄综合考虑，采用圣维南方程和马斯京根方程对河道内洪水进行演进计算，并采用概化溃坝过程线的方法，实现了针对梯级水库群连续溃坝的模拟计算，降低了测量成本，提高了计算效率。

技术领域

本发明属于溃坝模拟技术领域，具体涉及一种梯级水库群连续溃决洪水模拟方法。

背景技术

频发的地质灾害给社会带来了巨大损失，对于诸如溃坝洪水等自然或人为灾难的过程仿真与模拟，以其涉及地学、仿真计算、物理学、计算机图形学等多个学科领域，已成为目前研究的热点和难点。

在地理信息系统领域，传统的仿真模拟是利用地学模型或者数学模型等经验公式模型来实现，即通过分析溃坝洪水演进过程的主要影响因子。

在溃坝模拟方面，现有技术多考虑单库溃坝情形，并且仅考虑瞬间最大溃坝流量及最终淹没区域划定，对溃坝流量过程模拟及淹没区域动态变化无法计算；或采用复杂的三维数值模拟方法计算溃坝流量过程及下游洪水演进过程，需要较高精度的地形数据，测量成本高，且计算效率低。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种梯级水库群连续溃决洪水模拟方法，将溃坝过程、洪水演进与水库调蓄综合考虑，针对梯级水库群连续溃坝的模拟。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种梯级水库群连续溃决洪水模拟方法，包括以下步骤：

S1、采用地表径流漫流模型提取GIS环境下基于数字高程模型的河网信息；

S2、采用圣维南方程和马斯京根方程对河道内洪水进行演进计算；

S3、根据步骤S2洪水演进得到的各断面水位过程，比较水位与对应断面的河道边坡高程，并沿步骤S1提出的地形方向进行河道外滞洪和行洪；

S4、当洪水演进到水库时，对水库进行调洪演算，直至洪水过程结束；

S5、将溃坝出流全过程作为大坝下游河段入流洪水，返回步骤S2，进行下一梯级的洪水演进。

进一步地，所述步骤S2中采用的圣维南方程具体为：

其中，Q为坝址处的下泄流量，A为有效过水断面面积，A₀为非河槽蓄水的断面面积，x为顺水流方向的距离，t为时间，q为沿河道单位距离的侧向入流或出流，g为重力加速度，S_f为摩阻比降，S_e为局部损失，h为水面高程，k为收扩系数。

进一步地，所述步骤S2中采用的马斯京根方程具体为：

Q₂＝C₀I₂+C₁I₁+C₂Q₁

其中，Q₁、Q₂分别为计算时段始、末的河段出流量，C₀、C₁、C₂分别为流量演算系数，I₁、I₂分别为计算时段始、末的河段入流量。

进一步地，所述步骤S2采用圣维南方程和马斯京根方程对河道内洪水进行演进计算具体为：