基于HEC-RAS的二維潰壩洪水計(jì)算

(四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院規(guī)劃設(shè)計(jì)分院，四川 德陽，618000)

據(jù)相關(guān)資料[1]統(tǒng)計(jì)，截至2018年底，我國(guó)建成各類水庫(kù)98822座，其中大型水庫(kù)736座，中型水庫(kù)多達(dá)3954座。一旦水庫(kù)發(fā)生潰壩事故，將會(huì)給下游人民的生命財(cái)產(chǎn)造成慘重?fù)p失，因此，對(duì)潰壩洪水的計(jì)算至關(guān)重要。本文通過HEC-RAS 5.0.7軟件二維模型對(duì)開江縣寶石橋水庫(kù)進(jìn)行潰壩分析，得到分析研究區(qū)域的洪水淹沒范圍，洪水水深，流速分布和洪水到達(dá)時(shí)間等。研究結(jié)果可為防洪減災(zāi)提供一定的技術(shù)支持。

1 計(jì)算原理

1.1 軟件介紹

河流分析系統(tǒng)(HEC-RAS)軟件可進(jìn)行一維恒定流和一維、二維非恒定河流水力計(jì)算。HEC-RAS是一個(gè)集成的軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括圖形用戶界面(GUI)，獨(dú)立的水力學(xué)分析組件，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理組件，圖形和報(bào)告設(shè)施組件。潰壩洪水可采用一維或二維非恒定流進(jìn)行水力計(jì)算。

1.2 二維非恒定流水力計(jì)算原理

控制水流的物理定律是質(zhì)量守恒原理(連續(xù)性)和動(dòng)量守恒原理。這兩個(gè)定律以偏微分方程的形式在數(shù)學(xué)上表達(dá)，以下將其稱為連續(xù)性和動(dòng)量方程。HEC-RAS軟件的二維非恒定流計(jì)算方程采用Navier-Stokes方程描述了二維流體的運(yùn)動(dòng)[2]。

假設(shè)流動(dòng)是不可壓縮的，質(zhì)量守恒(連續(xù))方程的非定常微分形式為：

(1)

式中：t為時(shí)間，H為水位，hu和hv分別為x和y方向的水位分量，q為流量。

動(dòng)量方程的非定常微分形式為：

(2)

(3)

式中：u和v是x和y方向的速度分量，g是重力加速度，vt是水平渦粘系數(shù)，cf是底部摩擦系數(shù)，fu和fv分別是x和y方向的科里奧利參數(shù)。

模型采用迭代法求解上述(1)(2)(3)式?！?br>