太浦闸洪⽔风险图编制中溃闸洪⽔计算分析
万⽅数据
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第２期匡翠萍，等：太浦闸洪⽔风险图编制中溃闸洪⽔计算分析
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式中：｝为参考⽔平⾯上的⽔位；ｄ为参考⽔平⾯下的⽔深；Ｈ＝｝＋ｄ为总⽔深；钆，⼝分别代表亭和叩⽅向的平均流速；ＩＤ为⽔的密度；Ｐｅ，Ｐ，分别为亭和７⽅向压⼒梯度；⼚为柯⽒⼒系数；ｎ为曼宁系数．２．２求解⽅法
Ｄｅｌｆｔ３Ｄ—Ｆｌｏｗ是⼀种采⽤交错⽹格、基于有限差分法的数学模型，上风格式和中⼼差分格式分别⽤来离散对流项和扩散项，源汇项显式处理，离散的差分⽅程通过交替⽅向隐式法（ＡＤＩ）求解．
２．３边界条件及计算参数
模型计算范围北边以沪宁铁路为边界，东边和南边以沪杭铁路为边界，西⾄东太湖沿岸，采⽤⾮均匀的曲线正交⽹格，⽹格单元的边界主要沿着铁路及环湖⼤堤布设，边界上均采⽤⾃由滑移边界，计算区域内部的湖泊和⾼速公路均采⽤不过⽔处理．⽹格单元平均尺⼨为５００ｍ×５００ｍ，根据Ｄｅｌｆｔ３Ｄ对稳定性的要求（Ｃｏｕｒａｎｔ数⼩于１０），取时间步长３ｍｉｎ，可得Ｃｏｕｒａｎｔ数为１．２，满⾜稳定性要求和洪⽔演进的精度．糙率参照《洪⽔风险图编制导则（试⾏）》Ｄ３］中推荐的数据，见表２．
⼈流边界条件采⽤由⼀维⽔⼒学模型计算的太浦闸溃决、太浦河堤防的３个险⼯段（太浦河平望段、汾湖段以及太浦河与泖河交接段）同时溃堤的流量过程．
表２不同下垫⾯对应的糙率
Ｔｌ⾬．２Ｍａｎｎｉｎｇ’ｓｃｏｅｆｆｉｅｉｅｎｔｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
村庄树丛旱⽥⽔⽥道路空地河道７．０６．５６．０５．０３．５３．５１．５
３计算结果
通过⼀维⽔动⼒模型计算得太浦闸溃闸、３处易溃地点同时溃堤的流量过程作为⼆维⽔动⼒模型的边界条件，模拟太浦闸溃决后１２０ｈ内（可分为极速达区、速达区、次速达区、次缓达区、缓达Ｎ）Ｅ１６３洪⽔在河道外的淹没过程，并每３ｈ储存⼀次数据，可以为洪⽔风险分析在整个时段的洪⽔演进情况提供数据．模拟最长时刻时的结果和分析见图３，淹没⾯积和受灾损失见表３．可见上游溃堤造成的危害⼤于下游，太浦河与泖河交接段处，由于北岸的地势⾼于南岸，因此南岸发⽣溃堤之后造成的危害⼤于北岸．汾湖段溃⼝宽度⼤，此处溃堤之后出流的洪⽔量亦⼤．
图３太浦闸溃决淹没范围及⽔深分布
Ｆｉｇ．３Ｉｎｕｎｄａｔｅｄａｒｅａａｎｄｗａｔｅｒｄｅｐｔｈ
ａｆｔｅｒＴａｉｐｕｇａｔｅｂｒｅａｃｈ
表３资产损失
Ｔａｂ．３Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓｏｆｆｉｎａｎｃｉａｌｌｏｓｔ
以汾湖段溃堤为例作详细分析，计算结果见图４～７．洪⽔溃堤后经过１２０ｈ的演进，淹没范围达到２８４ｋｍ２，⽔深０．５ｍ以上区域占到总淹没⾯积９０％以上（图４）．洪⽔边缘西边抵达京杭运河，受到其河堤的阻滞，东南⽅向则不断蔓
延．图５为洪⽔流场图，可以看出决堤处流速相对较⼤，在传播过程中逐渐减⼩，但在洪⽔到达的地⽅流速略⼤．图６更加直观地显⽰了演进过程中每⼀天的洪⽔淹没范围，其中的字母分别表⽰受洪⽔影响的各乡镇中⼼，Ａ为黎⾥镇，Ｂ为芦墟镇，Ｃ为陶庄镇，Ｄ为油车港镇，Ｅ为天凝镇，Ｆ为洪溪镇．图７显⽰了各观测点的洪⽔⽔深过程线．经过分析可以清晰地得出：芦墟和陶庄第ｌｄ即受到洪⽔影响，洪⽔第２ｄ到达黎⾥，第４ｄ到达天凝、洪溪，第５
ｄ到达油车港，淹没⽔深均达
万⽅数据
同济⼤学学报（⾃然科学版）第３９卷到了０．６５ｍ左右．
图４汾湖段决堤淹没⽔深
Ｆｉｇ．４Ｗａｔｅｒ
ｄｅｐｔｈｏｆｆｌｏｏｄｂｙＦｅｎｈｕｓｅｃｔｉｏｎｂｒｅａｃｈ
图５汾湖段决堤流场分布
Ｆｉｇ．５ＶｅｌｏｃｉｔｙｖｅｃｔｏｒｏｆｆｌｏｏｄｂｙＦｅｎｈｕｓｅｃｔｉｏｎｂｒｅａｃｈ根据上述分析，笔者建⽴的洪⽔风险信息管理系统可以⽤于指导建⽴抢险救灾物资存放地点和规避区域以防范于未然，在洪灾发⽣时可以指导制定抢险和规避路线，并预测洪涝所造成的财产损失．
４结论
洪⽔预报计算分析是⼀项以较⼩的代价达到减免灾害的⾮⼯程措施．笔者以⽔利部太湖洪⽔风险图试点编制项⽬为背景，以太湖流域的⾻⼲泄洪通道太浦河为研究对象，河道内外分别采⽤⼀维和⼆维⽔动⼒数学模型计算，并通过堰流公式将⼆者耦合进⾏太浦闸洪⽔计算分析，得出以下结论：
图６汾湖段决堤洪⽔到达时间
Ｆｉｇ．６Ｆｌｏｏｄｒｅａｃｈｉｎｇ
ｔｉｍｅａｆｔｅｒＦｅｎｈｕｓｅｃｔｉｏｎｂｒｅａｃｈ
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图７决堤后各点⽔位过程线
Ｆｉｇ．７Ｔｉｍｅｓｅｒｉｅｓｏｆｗａｔｅｒｄｅｐｔｈａｔｓｅｌｅｃｔｅｄ
ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｐｏｉｎｔｓａｆｔｅｒＴａｉｐｕｂｒｅａｃｈ（１）由⽔量平衡原理通过概化模型计算处理太湖与太浦河之间的⽔量关系，动态计算太浦闸溃决流量过程．
（２）通过动态处理河道上闸门溃决使之成为模型的内部边界条件，⼀维⽔动⼒模型能适⽤于模拟河道内的洪⽔演进过程，并通过堰流公式为河道外⼆维⽔动⼒模型提供溃堤流量边界条件．
（３）笔者成功地将Ｄｅｌｆｔ３Ｄ—Ｆｌｏｗ应⽤到相当于初始条件为于河床的洪泛区洪⽔演进模拟中，其⼲湿动边界处理技术能有效⽽准确地模拟洪泛区的⼲湿演变过程．针对洪泛区内不同下垫⾯设置不同糙率，计算结果⽐较合理，与以往溃堤淹没区调查情
况较为⼀致．万⽅数据
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太浦闸洪⽔风险图编制中溃闸洪⽔计算分析
作者：匡翠萍，陈思宇，刘曙光，王炜， KUANG Cuiping， CHEN Siyu， LIU Shuguang，WANG Wei
作者单位：同济⼤学,⼟⽊⼯程学院⽔利⼯程系，上海,200092
刊名：
同济⼤学学报（⾃然科学版）
英⽂刊名：JOURNAL OF TONGJI UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE)
年，卷(期)：2011,39(2)
参考⽂献(16条)
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2.林泽新太湖流域防洪⼯程建设及减灾对策[期刊论⽂]-湖泊科学 2002(01)
3.史宏达；刘臻溃坝⽔流数值模拟研究进展[期刊论⽂]-⽔科学进展 2006(01)
4.陈思宇；匡翠萍；刘曙光太浦河⼀维、⼆维⽔流数值模拟⽐较研究[期刊论⽂]-⼈民长江 2008(15)
5.王⽴辉；胡四⼀溃坝问题研究综述[期刊论⽂]-⽔利⽔电科技进展 2007(01)
6.黄⾦池；何晓燕溃坝洪⽔的统⼀⼆维数学模型[期刊论⽂]-⽔利学报 2006(02)
7.YANG Fangli;ZHANG Xiaofeng;TAN Guangming Oneand two-dimensional coupled hydrodynamics model for dam break flow[外⽂期刊] 2007(06)
8.郑国栋；黄东；赵明登⼀、⼆维嵌套模型在河⼝⼯程中的应⽤[期刊论⽂]-⽔利学报 2004(1)
9.范⼦武；姜树海蓄、滞洪区的洪⽔演进数值模拟与风险分析[期刊论⽂]-⽔利⽔运科学研究 2000(2)
10.匡翠萍；李⾏伟；陈孝章⾹港九龙⼤坑东地下蓄⽔⽅案数值研究[期刊论⽂]-⽔科学进展 2006(03)
11.杨洪林；陈思宇；匡翠萍太浦河河道洪⽔演算[期刊论⽂]-⽔科学与⼯程技术 2008(2)
12.王炜；杨洪林；匡翠萍太浦闸泄流能⼒计算探讨[期刊论⽂]-南⽔北调与⽔利科技 2007(04)
13.国家防汛抗旱总指挥部办公室洪⽔风险图编制导则(试⾏) 2006
14.李炜⽔⼒计算⼿册 2006
15.WL|Delft Hydraulics Delft3D-Flow Ur Manual 2006
16.李观义；程晓陶北江⼤堤洪⽔风险信息管理系统研究[期刊论⽂]-⽔⽂ 2003(03)
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引⽤本⽂格式：匡翠萍.陈思宇.刘曙光.王炜.KUANG Cuiping.CHEN Siyu.LIU Shuguang.WANG Wei太浦闸洪⽔风险图编制中溃闸洪⽔计算分析[期刊论⽂]-同济⼤学学报（⾃然科学版） 2011(2)
