樵桑联围破堤工程施工围堰溃决洪水演进数值模拟及灾害风险评估

作     者：麦展林 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐梦华;梁沛华

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 081501[工学-水文学及水资源] 0815[工学-水利工程] 081503[工学-水工结构工程] 

主      题：围堰溃决 灾害风险 数值模拟 LISFLOOD-FP模型 

摘      要：围堰是为修建永久性水利设施建造的临时性挡水建筑物。相较于其他永久挡水建筑物,围堰的结构和建造工艺常常被简化,因此围堰在地质灾害、超标洪水、运行管理不当等不利条件下发生溃决的风险更高。围堰一旦溃决,高强度的洪水将对下游地区的人民生命财产带来灾难性的危害。因此为保障人民生命财产安全,切实降低洪涝风险,迫切需要开展溃堰后洪水淹没数值模拟与风险评估研究。根据不同工况下洪水演进的规律,并结合水深和流速等水力要素制定合理的人口和财产转移路线和相关风险规避措施,可为防洪决策提供科学依据和技术支撑。本研究以顺德区龙江镇定安电排站工程为研究对象,利用LISFLOOD-FP模型开展了研究区域围堰溃决洪水演进的二维水动力模拟。通过对不同工况下溃堤洪水演进过程的精细化模拟,探究了洪水演进路线与淹没水深分布情况。根据洪水演进模拟结果（淹没面积大小、淹没洪水水深、淹没时间等）分析灾区内受灾情况,并对衍生的灾害风险进行评估,为该工程施工防洪应急预案的制定提供参考依据。研究主要取得了以下成果:（1）基于GIS技术构建了围堰溃决的洪水演进计算工程文件。根据施工期及汛期不同组合工况,设置了施工期三种不同溃口宽度和汛期5、50、100、200年一遇洪水情境共七种不同的临时围堰溃决方式,并根据经验公式推算出不同工况的溃口的输入流量。（2）基于LISFLOOD-FP模型,开展了围堰溃决后洪水演进过程二维水动力模拟,通过水流运动规律和水量平衡对模型的计算精度进行验证。结果表明,发现所模拟的水流基本符合实际水流的运动特征,且水量平衡误差基本可忽略不计,表明所构建的模型较为合理可靠,模拟结果能够满足风险评估的需求。（3）施工临时围堰溃决后带来的洪水灾害极为严重,其中汛期工况的洪水危险程度远大于非汛期工况。七种工况24小时淹水量为2.69×10～6m～4.25×10～7m,其中200年一遇洪水工况水深达2.0m以上的面积高达690.32万m,占总渍水面积的99.7%。（4）基于洪水演进过程模拟结果开展了灾害风险分析和评估,并以此为依据编制了洪水应急响应预案。首先基于洪水演进路线和研究区域的地形特征编制了避洪转移的路线。使用洪水中人体危险性判别方法评估了居民洪涝风险的时空变化情况,并根据逃生时间、洪水淹没时间计算了研究区域内典型地点的逃生危险性等级。最后因地制宜,制定了切合实际情况的防洪应急预案。