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暴雨引发的河流淹没模型
暴雨引发的河流淹没模型

极端天气引发的河流暴雨洪水灾害日趋频繁,对人民的生命财产安全造成了极大危害。通过模拟暴雨发生时径流的变化过程,可以为有关部门提供防治洪水的参考。我们用水环境数值模拟软件3EWATER建立了暴雨引发的河流淹没水动力模型,并对结果进行了分析。

水动力模型模拟过程

我们选择了湖北荆州市和湖南岳阳市交界的一段长江流域作为水动力模型研究区域,河道轮廓与网格如下图所示:

暴雨引发的河流淹没模型

为了模拟岸边被淹没的效果,我们绘制的计算网格不仅包括了河流区域,也包括了部分河岸。地形如下图所示:

暴雨引发的河流淹没模型

3EWATER基于Delft3D为计算引擎,支持大时间步长而保证计算的稳定性。模拟时间为两天,时间步长为1分钟。初始水位设置为0米。设置的降雨量如下图所示:

暴雨引发的河流淹没模型

    为了能更直观地看出降雨量的变化过程,我们用Excel绘制了降雨量折线图,如下图所示:

暴雨引发的河流淹没模型

根据中国气象局制定的降雨量级标准:

暴雨引发的河流淹没模型

在本次模拟中,48小时之内的降雨总量为400毫米,平均24小时降雨量为200毫米,属于大暴雨级别。

结果分析

为了能更好地查看计算结果,我们将该水动力模型加载到GISPLOT中,如下图黄色线段所示。

下图展示了四个不同的时间节点研究区域内水深的变化过程,可以看出,初始时刻,河流内的水深要高于岸边的水深,随着降雨开始,河流和岸边的水深都开始逐步增加,直至洪水最终将河岸淹没。

暴雨引发的河流淹没模型暴雨引发的河流淹没模型

暴雨引发的河流淹没模型暴雨引发的河流淹没模型

点击数据分析后,分别选择河流中央和河岸两个数据分析点进行对比分析,数据分析点的位置如下图所示:

暴雨引发的河流淹没模型

数据分析点处的水深变化如下图所示:

暴雨引发的河流淹没模型暴雨引发的河流淹没模型

可以看出,初始时刻,河岸水深为0米,即河岸没有被水淹没,随着降雨量的增加,河岸水深和河流水深都逐渐增加,河岸慢慢被水淹没。并且由于降雨是均匀设置的,因此两点处水深增加的幅度也大致相同。

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