复杂边界条件多洪源防洪保护区洪水风险分析

卢程伟; 周建中; 江焱生; 何典灿

doi:10.14042/j.cnki.32.1309.2018.04.007

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复杂边界条件多洪源防洪保护区洪水风险分析

卢程伟, 周建中, 江焱生, 何典灿

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卢程伟, 周建中, 江焱生, 何典灿. 复杂边界条件多洪源防洪保护区洪水风险分析[J]. 水科学进展, 2018, 29(4): 514-522. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.04.007

引用本文:

卢程伟, 周建中, 江焱生, 何典灿. 复杂边界条件多洪源防洪保护区洪水风险分析[J]. 水科学进展, 2018, 29(4): 514-522. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.04.007

LU Chengwei, ZHOU Jianzhong, JIANG Yansheng, HE Diancan. Risk analysis of flood protected zone with complex boundary conditions and multi-flood sources[J]. Advances in Water Science, 2018, 29(4): 514-522. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.04.007

Citation:

LU Chengwei, ZHOU Jianzhong, JIANG Yansheng, HE Diancan. Risk analysis of flood protected zone with complex boundary conditions and multi-flood sources[J]. Advances in Water Science, 2018, 29(4): 514-522. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.04.007

复杂边界条件多洪源防洪保护区洪水风险分析

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.04.007

1.
华中科技大学水电与数字化工程学院, 湖北武汉 430074;
2.
数字流域科学与技术湖北省重点实验室, 湖北武汉 430074;
3.
湖北省水利厅, 湖北武汉 430071;
4.
华中科技大学航空航天学院, 湖北武汉 430074

基金项目: 国家重点研发计划资助项目（2016YFC0402209）；国家自然科学基金资助项目（91547208）

详细信息

作者简介:
卢程伟(1992-),男,浙江仙居人,博士研究生,主要从事水动力学及防洪调度研究。E-mail:lcwhust@163.com

通讯作者:
周建中,E-mail:jz.zhou@mail.hust.edu.cn

中图分类号: TV873.3

Risk analysis of flood protected zone with complex boundary conditions and multi-flood sources

1.
School of Hydropower and Information Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;
2.
Hubei Key Laboratory of Digital Valley Science and Technology, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;
3.
Hubei Provincial Department of Water Resources, Wuhan 430071, China;
4.
School of Aerospace Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China

摘要: 为了定量获取防洪保护区在多洪源和复杂边界条件下的溃堤洪水风险信息，以非恒定流控制方程为理论基础，建立了多洪源一维河网水动力学模型和防洪保护区二维洪水演进模型，利用溃坝模型实现河道与保护区的耦联，并采用局部网格加密和相似建筑物模拟等方法处理保护区内道路等复杂边界的导阻水作用。利用所建模型模拟了长江、汉江和东荆河3种不同洪水来源，在4种不同位置溃堤情况下汉南至白庙长江干堤防洪保护区的洪水淹没情景，采用基于淹没水深的损失率关系法对比分析了4种计算方案的淹没面积、经济损失和受灾人口。结果表明：模型构建合理、稳定性和适应性好，复杂边界对洪水演进过程影响明显，不同洪源溃堤情形的风险信息差异较大；在计算条件下，以长江发生1954年型300年一遇洪水向新溃口情形下的淹没损失最严重，其淹没面积达3 790 km²，受灾人口为196.8万人，经济损失约802亿元。研究成果可为洪水风险管理与避洪转移决策提供有力的技术支撑。
- 防洪保护区 /
- 风险分析 /
- 堤防溃决 /
- 多洪源 /
- 复杂边界
Abstract: In order to estimate the risk of dike-break flood in the flood protected zone under multi-flood sources and complex boundary conditions, a one-dimensional multi-breach model and a two-dimensional flood routing model were established based on unsteady flow control equation. A dam-break model was used to couple rivers and flood protected zones, and local mesh refinement method and approximate structure generalization method were used to deal with water division and blocking resulting from the complex boundaries such as roads in the flood protected zones. Four flood scenarios of the flood protected zone from Hannan to Baimiao from three flood sources including the Yangtze River, Hanjiang River, and Dongjinghe River were simulated. The flooding area, economic loss and flood-affected population were compared and analyzed by the loss rate method based on inundation depths. The results showed that the model established in this study was reasonable and stable. The complex boundary had a significant impact on the flood routing, and the risk differed significantly depending on the flood sources. The worst situation was observed in a 300-year flood occurred in 1954 in the Yangtze River at the dike-break position of Xiangxin, resulting the submergence of 3 790 km² area, a flood-affected population of 1.968 million, and an economic loss of 80.2 billion yuan. This study can provide strong technical supports for flood risk management and decision-making of refuge and migration.
- flood protected zone /
- risk analysis /
- dike-break /
- multi-flood sources /
- complex boundaries

[1]	曹引, 冶运涛, 梁犁丽, 蒋云钟, 赵红莉, 王浩, 严登明. 基于结构网格的溃坝水流数值模拟 . 水科学进展, 2017, 28(6): 868-878. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.06.008
[2]	陈文龙, 宋利祥, 邢领航, 张文明, 周建中. 一维-二维耦合的防洪保护区洪水演进数学模型 . 水科学进展, 2014, 25(6): 848-855.
[3]	邹强, 周建中, 周超, 陈生水, 宋利祥, 郭俊, 刘懿. 基于最大熵原理和属性区间识别理论的洪水灾害风险分析 . 水科学进展, 2012, 23(3): 323-333. doi: CNKI: 32.1309.P.20120501.1618.018
[4]	张超, 胡志根, 刘全. 梯级施工导流系统整体风险分析 . 水科学进展, 2012, 23(3): 396-402. doi: CNKI: 32.1309.P.20120501.1617.008
[5]	顾文权, 邵东国. 资料缺失河道水质风险分析 . 水科学进展, 2012, 23(1): 74-79. doi: CNKI:32.1309.P.20120104.2012.008
[6]	杜朝阳, 钟华平. 地下水系统风险分析研究进展 . 水科学进展, 2011, 22(3): 437-444.
[7]	康玲, 何小聪. 南水北调中线降水丰枯遭遇风险分析 . 水科学进展, 2011, 22(1): 44-50.
[8]	夏军强, 王光谦, LIN Bin-liang, 谈广鸣. 复杂边界及实际地形上溃坝洪水流动过程模拟 . 水科学进展, 2010, 21(3): 289-298.
[9]	李爱花, 刘恒, 耿雷华, 钟华平, 姜蓓蕾. 水利工程风险分析研究现状综述 . 水科学进展, 2009, 20(3): 453-459.
[10]	殷峻暹, 曹永强. 基于供水风险分析的汛限水位控制范围研究 . 水科学进展, 2005, 16(3): 401-405.
[11]	吉庆丰, 郑邦民. 蒙特卡罗法在势流计算中的应用研究 . 水科学进展, 2004, 15(4): 415-419.
[12]	王才君, 郭生练, 刘攀, 周芬, 熊立华. 三峡水库动态汛限水位洪水调度风险指标及综合评价模型研究 . 水科学进展, 2004, 15(3): 376-381.
[13]	胡志根, 胡建明, 李燕群. 过水土石围堰下游护坡的溢流设计风险率模型 . 水科学进展, 2003, 14(5): 622-625.
[14]	李继清, 张玉山, 王丽萍, 纪昌明. 应用最大熵原理分析水利工程经济效益的风险 . 水科学进展, 2003, 14(5): 626-630.
[15]	胡志根, 刘全, 贺昌海, 肖焕雄, 周宜红, 傅峥, 李定葵, 郑家祥. 基于Monte-Carlo方法的土石围堰挡水导流风险分析 . 水科学进展, 2002, 13(5): 634-638.
[16]	涂燕宁, 肖焕雄. 水电工程经济评价的不确定性及其研究现状 . 水科学进展, 2001, 12(1): 125-129.
[17]	黄振平, 沈福新, 朱元甡, 王道席. 基于雨洪预报信息的防洪决策风险分析方法研究 . 水科学进展, 2001, 12(4): 499-503.
[18]	陈凤兰, 王长新. 施工导流风险分析与计算 . 水科学进展, 1996, 7(4): 361-366.
[19]	朱元生生, 沈福新, 黄振平, 刘治中, 王道席. 长江防洪决策支持系统——防洪决策风险分析 . 水科学进展, 1996, 7(4): 295-304.
[20]	朱元, 周全林. 长江三峡工程防洪效益风险分析研究 . 水科学进展, 1995, 6(1): 29-35.

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复杂边界条件多洪源防洪保护区洪水风险分析

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.04.007

1. 华中科技大学水电与数字化工程学院, 湖北武汉 430074;

2. 数字流域科学与技术湖北省重点实验室, 湖北武汉 430074;

3. 湖北省水利厅, 湖北武汉 430071;

4. 华中科技大学航空航天学院, 湖北武汉 430074

基金项目: 国家重点研发计划资助项目（2016YFC0402209）；国家自然科学基金资助项目（91547208）

作者简介:
卢程伟(1992-),男,浙江仙居人,博士研究生,主要从事水动力学及防洪调度研究。E-mail:lcwhust@163.com

通讯作者: 周建中,E-mail:jz.zhou@mail.hust.edu.cn

收稿日期: 2017-12-26
刊出日期: 2018-07-25

中图分类号: TV873.3

关键词:

多洪源 /

摘要: 为了定量获取防洪保护区在多洪源和复杂边界条件下的溃堤洪水风险信息，以非恒定流控制方程为理论基础，建立了多洪源一维河网水动力学模型和防洪保护区二维洪水演进模型，利用溃坝模型实现河道与保护区的耦联，并采用局部网格加密和相似建筑物模拟等方法处理保护区内道路等复杂边界的导阻水作用。利用所建模型模拟了长江、汉江和东荆河3种不同洪水来源，在4种不同位置溃堤情况下汉南至白庙长江干堤防洪保护区的洪水淹没情景，采用基于淹没水深的损失率关系法对比分析了4种计算方案的淹没面积、经济损失和受灾人口。结果表明：模型构建合理、稳定性和适应性好，复杂边界对洪水演进过程影响明显，不同洪源溃堤情形的风险信息差异较大；在计算条件下，以长江发生1954年型300年一遇洪水向新溃口情形下的淹没损失最严重，其淹没面积达3 790 km²，受灾人口为196.8万人，经济损失约802亿元。研究成果可为洪水风险管理与避洪转移决策提供有力的技术支撑。

English Abstract

Risk analysis of flood protected zone with complex boundary conditions and multi-flood sources

1. School of Hydropower and Information Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;

2. Hubei Key Laboratory of Digital Valley Science and Technology, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;

3. Hubei Provincial Department of Water Resources, Wuhan 430071, China;

4. School of Aerospace Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China

Received Date: 2017-12-26
Publish Date: 2018-07-25

Keywords:

Abstract: In order to estimate the risk of dike-break flood in the flood protected zone under multi-flood sources and complex boundary conditions, a one-dimensional multi-breach model and a two-dimensional flood routing model were established based on unsteady flow control equation. A dam-break model was used to couple rivers and flood protected zones, and local mesh refinement method and approximate structure generalization method were used to deal with water division and blocking resulting from the complex boundaries such as roads in the flood protected zones. Four flood scenarios of the flood protected zone from Hannan to Baimiao from three flood sources including the Yangtze River, Hanjiang River, and Dongjinghe River were simulated. The flooding area, economic loss and flood-affected population were compared and analyzed by the loss rate method based on inundation depths. The results showed that the model established in this study was reasonable and stable. The complex boundary had a significant impact on the flood routing, and the risk differed significantly depending on the flood sources. The worst situation was observed in a 300-year flood occurred in 1954 in the Yangtze River at the dike-break position of Xiangxin, resulting the submergence of 3 790 km² area, a flood-affected population of 1.968 million, and an economic loss of 80.2 billion yuan. This study can provide strong technical supports for flood risk management and decision-making of refuge and migration.

卢程伟, 周建中, 江焱生, 何典灿. 复杂边界条件多洪源防洪保护区洪水风险分析[J]. 水科学进展, 2018, 29(4): 514-522. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.04.007

引用本文:

卢程伟, 周建中, 江焱生, 何典灿. 复杂边界条件多洪源防洪保护区洪水风险分析[J]. 水科学进展, 2018, 29(4): 514-522. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.04.007

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复杂边界条件多洪源防洪保护区洪水风险分析

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.04.007

作者简介: 卢程伟(1992-),男,浙江仙居人,博士研究生,主要从事水动力学及防洪调度研究。E-mail:lcwhust@163.com

通讯作者: 周建中,E-mail:jz.zhou@mail.hust.edu.cn

Risk analysis of flood protected zone with complex boundary conditions and multi-flood sources

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复杂边界条件多洪源防洪保护区洪水风险分析

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.04.007

1. 华中科技大学水电与数字化工程学院, 湖北 武汉 430074; 2. 数字流域科学与技术湖北省重点实验室, 湖北 武汉 430074; 3. 湖北省水利厅, 湖北 武汉 430071; 4. 华中科技大学航空航天学院, 湖北 武汉 430074

作者简介: 卢程伟(1992-),男,浙江仙居人,博士研究生,主要从事水动力学及防洪调度研究。E-mail:lcwhust@163.com

通讯作者: 周建中,E-mail:jz.zhou@mail.hust.edu.cn

English Abstract

Risk analysis of flood protected zone with complex boundary conditions and multi-flood sources

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作者简介:
卢程伟(1992-),男,浙江仙居人,博士研究生,主要从事水动力学及防洪调度研究。E-mail:lcwhust@163.com

通讯作者:
周建中,E-mail:jz.zhou@mail.hust.edu.cn

1. 华中科技大学水电与数字化工程学院, 湖北武汉 430074;

2. 数字流域科学与技术湖北省重点实验室, 湖北武汉 430074;

3. 湖北省水利厅, 湖北武汉 430071;

4. 华中科技大学航空航天学院, 湖北武汉 430074

作者简介:
卢程伟(1992-),男,浙江仙居人,博士研究生,主要从事水动力学及防洪调度研究。E-mail:lcwhust@163.com