CN108491634B - 一种滩地防浪林种植不利于河道行洪的定量分析方法 - Google Patents

一种滩地防浪林种植不利于河道行洪的定量分析方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108491634B
CN108491634B CN201810249465.9A CN201810249465A CN108491634B CN 108491634 B CN108491634 B CN 108491634B CN 201810249465 A CN201810249465 A CN 201810249465A CN 108491634 B CN108491634 B CN 108491634B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wave
forest
planting
river
resistant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810249465.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108491634A (zh
Inventor
董增川
任杰
徐伟
周悦
韦一鸣
张方煜
王建婷
任黎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hohai University HHU
Original Assignee
Hohai University HHU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hohai University HHU filed Critical Hohai University HHU
Priority to CN201810249465.9A priority Critical patent/CN108491634B/zh
Publication of CN108491634A publication Critical patent/CN108491634A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108491634B publication Critical patent/CN108491634B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A10/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE at coastal zones; at river basins
    • Y02A10/40—Controlling or monitoring, e.g. of flood or hurricane; Forecasting, e.g. risk assessment or mapping

Abstract

本发明公开了一种滩地防浪林种植不利于河道行洪的定量分析方法，该方法包括如下步骤：a、通过勘察及搜集资料获得研究区域的地形和结构物条件并数据化，生成三维地形文件,通过处理与修正得到研究区非结构地形网格；b、建立二维非恒定流数值模型，并对模型进行参数设置和验证；c、对防浪林进行结构物简化，将每棵树简化成一个桥墩；d、采用控制变量法，模拟不同来水条件下不同防浪林方案对河道行洪的影响。本发明可以真实客观地反应实际河道的水文特性，更准确、科学地分析防浪林种植对河道行洪的不利影响及影响程度，从而合理规划防浪林种植，保证河道的行洪安全，具有较强的实用性和广泛的适用性。

Description

一种滩地防浪林种植不利于河道行洪的定量分析方法
技术领域
本发明涉及防浪林技术领域，尤其涉及一种滩地防浪林种植不利于河道行洪的定量分析方法。
背景技术
为重视河流的生态水文效应，河流生态护岸工程措施得到越来越多的应用。防浪林作为生态护岸工程措施的一种，不仅可以改善河流的生态系统环境，还可以有效减小堤前的波浪爬高，延长堤防的使用寿命，在我国大江大河中均有广泛应用。然而，在堤前种植防浪林，会导致洪水期过水面积减小等问题，可能会对河道行洪产生不利影响。目前，对防浪林的研究多是集中于对防浪林的消浪机理、防浪林树种选择以及对防浪林可能造成的地貌改变的数学物理实验等方面。而针对防浪林营造对河道行洪影响的研究方面，以黄本胜、王忖、石月珍等的水槽物理实验为代表，得出滩地种植植被对水流的影响主要是在于植被形成的阻水面积、自身的阻力及其与水流的相互作用，在滩地种植防浪林会造成上游水位壅高、滩地流速减小、主槽流速增大等影响。但水槽实验受场地与经费的限制，不利于不同组实验方案的切换与对比。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种滩地防浪林种植不利于河道行洪的定量分析方法。
技术方案：本发明的定量分析方法包括如下步骤：
a、通过勘察及搜集资料获得研究区域的地形和结构物条件并数据化，生成三维地形文件,通过处理与修正得到研究区非结构地形网格；
b、建立二维非恒定流数值模型，并对模型进行参数设置和验证；
c、对防浪林进行结构物简化，将每棵树简化成一个桥墩；
d、采用控制变量法，模拟不同来水条件下不同防浪林方案对河道行洪的影响。
步骤(a)中的结构物条件，包括不同情况下来水条件、糙率、风场，并输入二维非恒定流数值模型中。
步骤(b)中的参数设置包括阻水边界参数、干湿动边界参数、底部阻力参数与求解格式。
步骤(c)中的桥墩，形状选择圆形，将桥墩设置成2层，桥墩高度即为植被树干高度和树冠高度，直径即为树干和树冠直径，阻力系数根据不同树种对水流的阻力进行设置。
布置步骤(d)中的防浪林方案时，采用2m×2m等边三角形排列，林带长度1km，林带宽度50m，树干直径0.07m，树冠直径0.9m，树干高度3.4m，树冠高度1.6m，树冠和树干部分分别选取1和0.8作为阻力系数。
有益效果：该方法可以真实客观地反应实际河道的水文特性，更准确、科学地分析防浪林种植对河道行洪的不利影响及影响程度，从而合理规划防浪林种植，保证河道的行洪安全，具有较强的实用性和广泛的适用性。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明研究区的简化网格图；
图3为本发明研究区50年一遇洪水时，有、无防浪林的堤前水位结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
该技术应用在黑龙江省嫩江治理防浪林营建工程中，嫩江是黑龙江支流松花江的北源，发源于我国大兴安岭，流向自北向南，于三岔河汇入松花江。选取嫩江干流东阳堤段为研究区，东阳堤防位于嫩江中游右岸，距上游尼尔基水库约55km，其堤防现状全长34.088km，两岸堤顶间距约为5～10km，设计防洪标准为50年一遇。
本发明提供的定量分析方法包括如下步骤:
a、通过勘察与搜集资料获得研究区域的地形和结构物条件并数据化，生成三维地形文件,通过处理与修正得到研究区非结构地形网格。
对同盟断面至CS嫩18断面之间的河段进行简化。根据黑龙江省勘测设计院提供的1:2000堤防条带地形图和《黑龙江省嫩江干流治理工程初步设计报告》提供的实测大断面资料，以及对模拟成果的精度有影响的地区，采用现场补测实际地形的方式进行测绘，将数据整理成合适的格式，导入MIKE ZERO。利用MIKE ZERO中的mesh generator工具绘制地形网格，将导入的地形文件划分网格，并对初始生成的网格进行光滑处理、地形高程插值以及人工校核修正。对种植防浪林及防浪林上游1km、下游500m部分河段进行局部加密，加密河段网格边长100m，其中防浪林种植区域网格边长10m，其他非加密区域网格边长400m。根据河底高程数据对概化河道进行插值，得到河底地形非结构化网格，非结构化三角形的网格形式在计算本实施例所遇到的边界复杂的模型时，具有更高的精度和准确性，如图2所示。
b、建立二维非恒定流数值模型，并对模型进行参数设置和验证。
以研究区上游流量和下游水位值作为边界，河道糙率、风场和水位流量数据均取自《黑龙江省嫩江干流治理工程初步设计报告》提供的东阳堤段数据。为避免计算过程中出现的不稳定性因素，启用干湿动边界设置，模拟计算可以采用低阶或高阶的方法，低阶方法计算快但计算结果精确度较差，高阶的方法计算精度高但速度较慢。本次模拟计算选用高阶精度格式，利用历史资料对底部阻力、涡粘性系数、时间步长等进行参数设定，直至符合精度要求。
c、对防浪林进行结构物简化，将每棵树简化成一个桥墩。
在MIKE21软件的结构物模块中，选择桥墩模块，将每一棵植被简化成一个桥墩，桥墩参数中，形状选择圆形，将桥墩设置成2层，桥墩高度即为植被树干高度和树冠高度，直径即为树干和树冠直径，阻力系数根据不同树种对水流的阻力进行设置。本实施例的防浪林布置方案具体为2m×2m等边三角形排列，林带长度1km，林带宽度50m，树干直径0.07m，树冠直径0.9m，树干高度3.4m，树冠高度1.6m。树冠和树干部分分别选取1和0.8作为阻力系数
d、采用控制变量法，模拟不同来水条件下不同防浪林方案对河道行洪的影响。
采用控制变量法，在同一来水条件下，分别模拟无防浪林和各防浪林布置方案下研究区的水位和流速，将各方案下的水位和流速与无防浪林时的水位、流速进行对比，定量分析防浪林对河道行洪的影响。本实施例分别对研究河段50年一遇来水情况和100年一遇来水情况下进行有、无防浪林的堤前水位、断面平均水位和断面流速的变化进行对比。
如图3所示的模拟结果显示，防浪林种植导致防浪林种植区域上游段及防浪林上游部分水位小幅上升，中下游段水位小幅下降。对输出区域所有网格点有无防浪林时的水位数值进行比较，上升和下降的幅度均小于4cm，变幅不超过滩地水深的1％，可以认为防浪林种植对堤前水位影响较小，尤其是考虑到防浪林可以将堤前的波高消减约15cm，因此，防浪林种植对堤前水位的影响非常小，各条件下平均水位变化均不超过1cm，可以认为防浪林种植对河道断面平均水位影响甚微，同时可以发现，水位变化随水深的增加而增加、随林带宽度增加而增加。有防浪林时的断面流速与无防浪林时相比，堤前流速下降、河槽内流速上升。现状防浪林在50年一遇来水条件下使得滩地流速下降最大值为0.00038m/s，下降了0.05％；河槽内流速上升最大值为0.00147m/s，上升了0.68％；100年一遇来水条件下滩地下降最大值为0.0053m/s，下降了0.06％，河槽内上升最大值为0.0081m/s，上升了2.28％。设计防浪林在50年一遇来水条件下使得滩地流速下降最大值为0.00104m/s，下降了0.14％；河槽内上升最大值为0.0015m/s，上升了0.72％；100年一遇来水条件下滩地下降最大值为0.0082m/s，下降了0.16％，河槽内上升最大值为0.0082m/s，上升了2.30％。断面流速变化均很微小，水深增大时，滩地和主槽流速的变化幅度和变化率均增大。

Claims (5)

1.一种滩地防浪林种植不利于河道行洪的定量分析方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
a、通过勘察与搜集资料获得研究区域的地形和结构物条件并数据化，生成三维地形文件,通过处理与修正得到研究区的非结构地形网格；
b、建立二维非恒定流数值模型，并对模型进行参数设置和验证；
c、对防浪林进行结构物简化，将每棵树简化成一个桥墩；
d、采用控制变量法，模拟不同来水条件下，不同防浪林方案对河道行洪的影响。
2.根据权利要求1所述的一种滩地防浪林种植不利于河道行洪的定量分析方法，其特征在于：步骤(a)中的结构物条件，包括不同情况下的来水条件、糙率、风场，并输入二维非恒定流数值模型中。
3.根据权利要求1所述的一种滩地防浪林种植不利于河道行洪的定量分析方法，其特征在于：步骤(b)中所述的参数设置包括阻水边界参数、干湿动边界参数、底部阻力参数与求解格式。
4.根据权利要求1所述的一种滩地防浪林种植不利于河道行洪的定量分析方法，其特征在于：步骤(c)中的桥墩，形状选择圆形，将桥墩设置成2层，桥墩高度即为植被树干高度和树冠高度，直径即为树干和树冠直径，阻力系数根据不同树种对水流的阻力进行设置。
5.根据权利要求1所述的一种滩地防浪林种植不利于河道行洪的定量分析方法，其特征在于：布置步骤(d)中的防浪林方案时，采用2m×2m等边三角形排列，林带长度1km，林带宽度50m，树干直径0.07m，树冠直径0.9m，树干高度3.4m，树冠高度1.6m，树冠和树干部分分别选取1和0.8作为阻力系数。
CN201810249465.9A 2018-03-26 2018-03-26 一种滩地防浪林种植不利于河道行洪的定量分析方法 Active CN108491634B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810249465.9A CN108491634B (zh) 2018-03-26 2018-03-26 一种滩地防浪林种植不利于河道行洪的定量分析方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810249465.9A CN108491634B (zh) 2018-03-26 2018-03-26 一种滩地防浪林种植不利于河道行洪的定量分析方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108491634A CN108491634A (zh) 2018-09-04
CN108491634B true CN108491634B (zh) 2021-04-27

Family

ID=63337581

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810249465.9A Active CN108491634B (zh) 2018-03-26 2018-03-26 一种滩地防浪林种植不利于河道行洪的定量分析方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108491634B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112433029B (zh) * 2020-11-11 2022-06-03 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 一种滩地树木糙率的计算方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103733952A (zh) * 2013-12-13 2014-04-23 湖南省林业科学院 一种防风防浪的造林方法及其造林支架
CN103886135A (zh) * 2014-03-03 2014-06-25 国家电网公司 基于二维非恒定流数值模型的电力工程选址方法
CN104851360A (zh) * 2014-02-14 2015-08-19 杭州贵仁科技有限公司 一种洪水风险图的生成方法和系统
CN104898183A (zh) * 2015-05-29 2015-09-09 杭州辰青和业科技有限公司 暴雨城市内涝建模评估方法
CN104933268A (zh) * 2015-07-13 2015-09-23 国家电网公司 一种基于一维非恒定流数值模型的洪水分析方法
CN107646604A (zh) * 2017-10-18 2018-02-02 河海大学 一种东北地区河道堤防防浪林营造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103733952A (zh) * 2013-12-13 2014-04-23 湖南省林业科学院 一种防风防浪的造林方法及其造林支架
CN104851360A (zh) * 2014-02-14 2015-08-19 杭州贵仁科技有限公司 一种洪水风险图的生成方法和系统
CN103886135A (zh) * 2014-03-03 2014-06-25 国家电网公司 基于二维非恒定流数值模型的电力工程选址方法
CN104898183A (zh) * 2015-05-29 2015-09-09 杭州辰青和业科技有限公司 暴雨城市内涝建模评估方法
CN104933268A (zh) * 2015-07-13 2015-09-23 国家电网公司 一种基于一维非恒定流数值模型的洪水分析方法
CN107646604A (zh) * 2017-10-18 2018-02-02 河海大学 一种东北地区河道堤防防浪林营造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Multi-objective Optimal Selection of Embankment Protection Forest Planting Design based on Improved Fuzzy Entropy and Its Application.pdf;Yuanming Wang.et al;《ITNEC 2017》;20171215;第845-849页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108491634A (zh) 2018-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107563139A (zh) 一种点源突发性水污染源事故溯源贡献程度计算方法
CN109345777B (zh) 基于陡坡汇流和断面流量计算的山洪泥石流预警方法和系统
CN104933268B (zh) 一种基于一维非恒定流数值模型的洪水分析方法
CN105160121A (zh) 一种有限元控制的分布式水文模型的建模方法
CN103886135A (zh) 基于二维非恒定流数值模型的电力工程选址方法
Poretti et al. An approach for flood hazard modelling and mapping in the medium Valtellina
CN108491634B (zh) 一种滩地防浪林种植不利于河道行洪的定量分析方法
Wang et al. Is returning farmland to forest an effective measure to reduce phosphorus delivery across distinct spatial scales?
CN106447105A (zh) 基于连通性指数和图论的河网连通性量化及闸坝优化方法
KR101492323B1 (ko) 다차원 수리모형을 이용한 하천흐름 연계모의 gui장치
CN105205215A (zh) 一种计算不同状态挺水植被水流阻力的方法
Zhang et al. Numerical simulation of flow and suspended sediment transport in the distributary channel networks
CN105046324A (zh) 一种基于移动神经网络的高程异常拟合内插计算方法
Zeng et al. Evaluating the hydrological effects of the Three Gorges Reservoir based on a large-scale coupled hydrological-hydrodynamic-dam operation model
Gong et al. Sediment transport following water transfer from Yangtze River to Taihu Basin
Hwang et al. Hydrodynamic and water quality modeling for gate operation: A case study for the Seonakdong River basin in Korea
Kabir et al. Hydrodynamic and Morphological Simulation of Karnafuli River Using Cche2d Model
Chen et al. Small basin flash flood simulation with TOPMODEL
CN110363322A (zh) 一种土壤侵蚀程度的预测方法
Aswathy et al. Watershed modelling using control system concept
Dou et al. Numerical simulations of flow and sediment transport within the Ning-Meng reach of the Yellow River, northern China
Ren et al. Wave-attenuation characteristics of combined-vegetation wave break forests for big rivers with large flood water level changes
Alam et al. Application of Delft3D Mathematical Model in the river Karnafuli for Two-Dimensional simulation
Senadeera Morphmetric analysis of Randenigala reservoir catchment using GIS
GHIȚESCU et al. NUMERICAL ANALYSIS OF A BREACH IN A LATERAL FLOOD DEFENSE EMBANKMENT.

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant