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基于HEC-RAS模型的小流域山洪淹没模拟及其在乾佑河河段治理中的应用

基于HEC-RAS模型的小流域山洪淹没模拟及其在乾佑河河段治理中的...

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作者：鲁盟西安理工大学

学位级别：硕士

为了提高小流域治理效率,本文通过使用HEC-RAS模型开展小流域洪水淹没的二维模拟,进而制定相应防洪措施,验证了基于HEC-RAS模型模拟小流域洪水淹没所制定防洪措施的可行性。本文以乾佑河治理河段作为研究对象,根据《防洪标准(GB50201-20... 详细信息

为了提高小流域治理效率,本文通过使用HEC-RAS模型开展小流域洪水淹没的二维模拟,进而制定相应防洪措施,验证了基于HEC-RAS模型模拟小流域洪水淹没所制定防洪措施的可行性。本文以乾佑河治理河段作为研究对象,根据《防洪标准(GB50201-2014)》的相应规定,乡村防护区人口小于20万或耕地面积小于30万亩,防洪等级为Ⅳ级。相应防洪设计标准为20年一遇。通过收集乾佑河流域基本资料,运用水文比拟法、推理公式法、水文手册经验公式法三种方法,对乾佑河治理河段进行设计洪水计算,通过成果合理性分析确定出设计洪水计算成果,为HEC-RAS模拟洪水淹没提供基础数据。本次选用的乾佑河治理段的数字高程地形图精度为12.5m,在地形图中河道具体位置显现不明显,对洪水淹没模拟的准确性偏低。因此,本文根据现场测量数据以及Google Earth地图覆盖数据结合HEC-RAS以及Arc-GIS对乾佑河治理河段进行了河道重建,使治理河道的长度、深度、宽度等水文信息在地形图中得以明确显示。在此基础上,基于已有资料和设计洪水计算推求结果,运用HEC-RAS对乾佑河治理段进行二维非恒定流洪水淹没模拟。HEC-RAS的非恒定流模块计算原理是基于Robert L.Barkau提出的UNET模型,实现了洪水淹没范围在地图中的二维效果显示。论文取得主要成果如下:(1)乾佑河流域的洪水主要由暴雨形成,流域内洪水最早发生在5月,最迟出现在10月,但量级和强度较大的洪水一般发生在7～9月,7～9月洪水出现几率达80%。洪水多具有峰高、量小,洪水过程陡涨陡落,峰型呈单峰的特点;由于流域面积较小,一次洪水过程持续时间在1天左右。使用HEC-RAS模型模拟了乾佑河治理河段20年一遇为期一天的洪水过程,通过HEC-RAS模型模拟结果显示:总共有碾子坪、药王沟村、猴儿碥、曹家坪、车家河村五个村落、25个区域会遭受洪水淹没的风险。(2)根据HEC-RAS的洪水淹没模拟数据,制定乾佑河治理河段20年一遇防洪措施,最终确定在治理段河岸设计建设高4.16-7.26m、堤顶宽度为3m的防洪墙;护脚1m,厚度0.6m的护岸工程;厚度为0.4m,平均埋深2.2m,总高度为4.16-7.26m的混凝土浇灌的防渗墙。(3)基于HEC-RAS模型,开展了乾佑河治理河道防洪治理措施可靠性及实用性验证。根据已拟定防洪措施的防洪墙,再次利用HEC-RAS模型,开展20年一遇洪水来临时,乾佑河治理河段淹没情况模拟。结果显示,平均淹没水深减少了89.88%,淹没面积减少了96.27%,经济建设损失数量减少了94.29%。表明本文基于HEC-RAS模型对小流域洪水淹没的二维模拟效果显著,可为防洪水工建筑物的设计提供数据支撑,结果有助于提升小流域河道治理效率。

关键词：小流域乾佑河治理河段 HEC-RAS 洪水淹没二维模拟

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