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基于溃坝数值模拟的海河流域环境风险分析理论与技术

作　者: 周正印
导　师: 王晓玲
学　校: 天津大学
专　业: 环境工程
关键词: 溃坝 k-ε模型 VOF法 综合风险 风险排序
分类号: TV122.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


海河流域大部分水库标准低、质量差,病险情况严重,一旦失事,产生的洪水波必将对下游的人民生命财产造成灾难性破坏。目前,溃坝数值模拟的研究多集中于一、二维,三维模型较少,并且未考虑下游研究区域复杂下垫面的影响。在溃坝环境风险分析方面,主要是关于生命损失、经济损失及社会与环境影响等单方面的研究,直到近年来溃坝综合风险分析才逐渐成为学者的研究热点。因此,开展复杂下垫面情况下的三维溃坝洪水演进数值模拟,研究基于数值模拟的海河流域环境风险分析具有重要的理论与现实意义。在国内外研究的基础上,本文建立了耦合VOF法的三维非稳态水气两相流k ?ε模型,VOF法能够精确模拟溃坝水流强烈变化的自由表面,同时边界条件考虑了具有复杂的下垫面的下游城市建筑群的作用。基于溃坝数值模拟提取的关键水情信息,首先提出了基于属性测度的溃坝后果综合评价方法,它包括影响因素、评语集、评价标准、因素权重、属性测度函数五个部分,其中属性测度函数是最核心的部分,它将各影响因素的取值转化为属性测度,采用主客观权重结合的组合权重计算影响因素的综合属性测度,并根据置信度准则进行综合风险识别。其次,采用TOPSIS法对群坝进行了综合风险排序,通过引入模糊数学综合评价中广泛应用的TOPSIS法,从最优理想解和最劣理想解两方面进行群坝风险排序。结合海河流域病险水库,选取东武仕水库、临城水库、友谊水库、云州水库、庙工水库等五座典型病险大(2)型水库进行了耦合VOF法的溃坝洪水演进数值模拟、溃坝后果综合评价及TOPSIS群坝综合风险排序,结果表明:(1)东武仕水库五种溃决方式下,随着溃口逐渐增大,洪水淹没时间逐渐减小;水深和流速逐渐增大;溃坝严重程度增大。(2)东武仕水库五种溃决方式下溃坝后果综合评价等级均为特别重大事故。(3)采用TOPSIS法对五座典型病险大(2)型水库的综合风险排序按病险程度从大到小依次为:东武仕水库、临城水库、庙工水库、云州水库、友谊水库。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-15
  1.1 研究背景及意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-13
    1.2.1 溃坝洪水演进数值模拟研究现状  9-11
    1.2.2 溃坝环境风险分析研究现状  11-13
  1.3 主要研究内容  13-15
第二章 溃坝洪水演进三维数学模型  15-21
  2.1 溃坝洪水演进数学模型  15-18
    2.1.1 VOF 方法  15-16
    2.1.2 控制方程  16-17
    2.1.3 边界条件  17-18
  2.2 数学模型的求解  18-20
    2.2.1 数学模型微分方程的离散  19
    2.2.2 模型的求解算法  19-20
  2.3 小结  20-21
第三章 溃坝后果综合评价与综合风险排序理论及方法  21-42
  3.1 溃坝后果综合评价  21-37
    3.1.1 经济损失分析方法  21-23
    3.1.2 生命损失分析方法—Graham 法  23-26
    3.1.3 社会及环境影响分析方法  26-28
    3.1.4 溃坝后果综合评价方法  28-37
  3.2 综合风险排序  37-41
    3.2.1 溃决模式和溃坝概率  37-39
    3.2.2 水库综合风险排序TOPSIS 模型  39-41
  3.3 小结  41-42
第四章 溃坝洪水演进数值模拟应用分析  42-62
  4.1 基本概况  42-43
  4.2 模型验证  43-44
  4.3 东武仕水库物理模型  44-46
  4.4 东武仕水库逐渐溃数值模拟结果分析  46-59
    4.4.1 VOF 分析  46-48
    4.4.2 流速分析  48-49
    4.4.3 不同断面处流量过程线分析  49-51
    4.4.4 主要乡镇水深、流速分析  51-59
  4.5 东武仕水库瞬时溃数值模拟结果分析  59-60
  4.6 其他四座水库逐渐溃决数值模拟结果分析  60-61
  4.7 小结  61-62
第五章 溃坝后果综合评价与水库综合风险排序应用分析  62-77
  5.1 溃坝后果综合评价应用分析  62-72
    5.1.1 东武仕水库逐渐溃坝后果计算  62-67
    5.1.2 东武仕水库瞬时溃坝后果计算  67-68
    5.1.3 基于属性理论的大坝溃决后果综合评价  68-72
  5.2 水库综合风险排序应用分析  72-76
    5.2.1 水库群溃坝后果分析  72-73
    5.2.2 大坝溃决模式及概率估算  73-74
    5.2.3 基于TOPSIS 模型的大坝风险排序  74-76
  5.3 小结  76-77
第六章 结论与展望  77-79
  6.1 结论  77-78
  6.2 展望  78-79
参考文献  79-83
发表论文和参加科研情况说明  83-84
致谢  84

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中图分类: > 工业技术 > 水利工程 > 水利工程基础科学 > 工程水文学 > 洪水 > 溃坝洪水
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