黄河中下游水库-河道-滩区水沙模拟系统的构建与应用

库区减淤和坝下游河道防洪是黄河中下游洪水管理需要统筹考虑的目标,为此建立了能够实现库区、下游河道和滩区联合模拟的水沙模拟系统.该系统由一维水库、一维河道、二维滩区3个子模型和水库调度模块组成.其中水库模型通过浑水明流与异重流控制方程的交替求解模拟异重流的形成、传播与出库过程.模拟系统中采用的控制方程充分考虑了水沙输移与河床变形之间的耦合作用,数值方法主要采用了具有激波捕捉能力的有限体积法,水库调度模块可以对多种调度模式自定义组合.模拟系统给出的2012年黄河调水调沙过程中小浪底库区水位变化,异重流演进,下游水文断面含沙量变化等计算结果与实测过程符合较好.通过坝下游一维河道模型和二维滩区模型的联合模拟,分析了兰考东明滩区漫滩洪水过程中植被阻力对演进速度和冲淤分布的影响.最后采用该系统模拟了小浪底水库运用条件下“1958”型洪水的演进过程,在防洪调度规则下小浪底水库最大下泄流量约9 000m3/s,花园口洪峰流量削减了3 982m3/s,库区及坝下游累计淤积量分别为3.68×108t和1.33×108t.因此该模拟系统可以为黄河中游水库优化调度,下游河道防洪工程建设以及蓄滞洪区运用提供科学依据.