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城市及滩区洪涝致灾机理及模拟
[澳门挂牌全篇之完整2023年:30653 次] [更新时间:2018-11-26]

        随着当前人类活动范围的不断扩张,以及极端天气事件的增多,导致堤坝溃决暴雨等引起的极端洪水灾害频繁发生。这类洪水过程不仅能引起床面急剧变形,而且会严重影响群众生命财产安全。现有多数溃坝洪水模型仅适用于定床条件,不考虑床面冲淤对洪水演进的影响,势必导致计算结果失真。因此需要同时模拟极端洪水中水沙输移与床面冲淤之间的影响与馈过程。此外极端洪水因预警时间短,各类受淹对象(如人体与车辆)易在洪水中失稳(被冲走)。但以往提出的受淹对象稳定性计算方法,忽略了他们在水中的具体受力过程。针对这些问题,本研究取得如下主要成果

1发现了极端洪水过程中水--床面三者的耦合作用机制 

提出的二维水沙耦合模型主要由二维浑水控制方程、非均匀沙不平衡输移方程及床冲淤方程组成,采用水沙耦合解法基于无结构三角网格下的有限体积法离散Xia et al., 2010AWR通过开展瞬时局部溃坝洪水过程的数值试验,定量揭示了溃坝洪水中水--床面三者的耦合作用过程,即此类极端洪水中因流速大,床面冲速率可与水流变化速率相当(图1

  

1. 坝下游水位、床面高程变化过程与冲刷1h后地形

2)揭示了极端洪水中受淹对象失稳的动力学机制 

首先分析洪水中人体的受力特点,采用基于人体工程学的数据计算不同水深下人体所受的浮力,然后结合河流动力学中泥沙起动的理论,首次推导出洪水中人体滑移及跌倒时的起动流速Uc公式Xia et al., 2014JHR通过开展洪水中人体模型失稳的水槽试验数据率定出相关参数。同时采用模型比尺关系及率定后的公式分别估算人体原型在不同水深下的起动流速,并用洪水中真实人体失稳的试验数据进一步验证公式的可靠性2。同样借鉴泥沙起动条件,导出了洪水作用下车辆滑移失稳的起动流速公式,并用模型小车的试验数据率定相关参数Xia et al., 2014NH

  

2. 不同来流条件下儿童与成人的失稳区间

3)创新构建了基于力学过程的极端洪水风险评估模型

以往洪水风险分析通常仅按水深大小划分洪泛区属性,没有考虑洪水中受淹对象的受力特点对其稳定性的影响,故无法全面评估洪灾损失。本研究将上述二维水沙动力学模型与受淹对象稳定性计算模块结合,建了基于力学过程的极端洪水风险评估模型3 

                              

3. 基于力学过程的洪水风险评估模型结构

模型用于英国2005Boscastle洪水模拟,计算表明洪水中行人不能在街道上站稳,停车场内车辆会被冲走,与当时实际情况符合4。因此该模型能预测动床条件下的洪水传播过程,精确评估洪水中群众生命财产的安全程度Xia et al., 2011EMS。故该成果提高了当前洪灾风险评估的计算精度

  

4. 二维洪水风险评估模型的具体应用(英国Boscastle洪水

 

 

主要参考文献:

[1] Xia JQ*, Lin BL, Falconer RA and Wang GQ (2010). Modelling dam-break flows over mobile beds using a 2D coupled approach. Advances in Water Resources, 33(2): 171-183. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0309170809001870

[2] Xia JQ*, Falconer RA, Lin BL and Tan GM (2011). Numerical assessment of flood hazard risk to people and vehicles in flash floods. Environmental Modelling and Software, 26(8): 987-998. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364815211000648

[3] Xia JQ*, Falconer RA, Wang YJ and Xiao XW (2014). New criterion for the stability of a human body in floodwaters. Journal of Hydraulic Research, 52(1): 93-104. https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00221686.2013.875073

[4] Xia JQ*, Falconer RA, Xiao XW, Wang YJ (2014). Criterion of vehicle stability in floodwaters based on theoretical and experimental studies. Natural Hazards, 70(2):1619–1630. https://link.springer.com/article/10.1007/s11069-013-0889-2

 

 



 


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