本文關(guān)鍵詞：基于數(shù)字高程模型的長(zhǎng)白山天池潰湖洪水?dāng)?shù)值模擬

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【摘要】：火山災(zāi)害破壞力大、波及范圍廣、影響時(shí)間長(zhǎng)、損失嚴(yán)重,是一種重大自然災(zāi)害。歷史上,長(zhǎng)白山天池火山曾經(jīng)多次噴發(fā),目前的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也表明火山錐體還在發(fā)生著形變,巖漿還處于活動(dòng)狀態(tài)。天池火山于1199-1200年發(fā)生的噴發(fā)被稱為全球近2000年來(lái)最大噴發(fā)之一。近年來(lái),隨著人們防災(zāi)減災(zāi)意識(shí)的增強(qiáng),天池火山地區(qū)的防災(zāi)減災(zāi)工作被提上日程。其中蓄水量巨大的火山湖是長(zhǎng)白山天池地區(qū)防災(zāi)工作需要考慮的重要因素,一旦噴發(fā),火山湖瞬間發(fā)生潰決,洪水將直接威脅到下游二道白河地區(qū)數(shù)十萬(wàn)人的生命財(cái)產(chǎn)安全。本文借助于吉林省地震局和中國(guó)海洋大學(xué)城市與工程管理信息化實(shí)驗(yàn)室合力完成的“長(zhǎng)白山天池火山防災(zāi)專項(xiàng)規(guī)劃”項(xiàng)目,根據(jù)本人在項(xiàng)目中承擔(dān)完成的“長(zhǎng)白山天池火山三大流體災(zāi)害的數(shù)值模擬”工作,選取洪水災(zāi)害作為論文的主要分析對(duì)象,研究過(guò)程及成果如下：(1)以天池周?chē)噶康雀呔�和高程控制點(diǎn)為數(shù)據(jù)源,經(jīng)ArcGIS的三維分析工具轉(zhuǎn)化為研究區(qū)的DEM(數(shù)字高程模型),由3ds Max軟件建模并轉(zhuǎn)化為STL格式的三維地形文件,通過(guò)FLOW 3D軟件的修改,最終獲得了FLOW 3D軟件可識(shí)別的無(wú)缺陷STL三維地形圖檔。(2)利用成熟的潰壩水流壩址處最大流量計(jì)算方法和典型的流量過(guò)程線四次擬合曲線,結(jié)合天池的實(shí)際數(shù)據(jù),做出了天池的圓臺(tái)模型假設(shè),由此構(gòu)建了天池的潰壩模型,計(jì)算出了FLOW 3D流體模擬所需的流量數(shù)據(jù)：(3)依據(jù)天池STL地形文件,在FLOW 3D中建立了研究區(qū)地形的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格模型,根據(jù)收集到的實(shí)際地理數(shù)據(jù),確定了本次模擬所需的模型參數(shù)、邊界條件和初始條件。依據(jù)工況I、Ⅱ、Ⅲ的初始條件,依次進(jìn)行了模擬計(jì)算。其中工況I為天池湖水水位上漲0.159kmm,湖水全部泄出；工況II為湖水水位上漲0.086kmm,1/2湖水泄出；工況Ⅲ為湖水水位上漲0.046kmm,1/4湖水泄出,最后得到了對(duì)本文結(jié)果有重要價(jià)值的數(shù)千張圖檔。(4)選取了軟件輸出的洪水速度和水深兩類數(shù)據(jù)資料,從每類數(shù)據(jù)資料的三種工況條件下等時(shí)間間隔各自取到了102幅圖檔。將所有圖檔經(jīng)ArcMap合成并繪制出了三種工況下洪水最大速度和最大水深的分布圖,經(jīng)行政區(qū)劃和居民點(diǎn)、主要河流、天池周邊其他水系等地物疊加后,由ArcMap共計(jì)輸出6幅洪水災(zāi)害范圍分布圖,并對(duì)對(duì)三種工況下的淹沒(méi)特征進(jìn)行了分析,最后得到了如下分析結(jié)果：①工況I發(fā)生后,洪水水頭的最大速度超過(guò)了25m/s,瞬間最大水深達(dá)到了20m以上：10分鐘后,洪水越過(guò)二道白河河道進(jìn)入三道白河淹沒(méi)了黃松浦林場(chǎng),整個(gè)淹沒(méi)區(qū)呈“扇形”分布；45分鐘后,洪水到達(dá)二道白河鎮(zhèn)附近以5-1Om/s(部分地區(qū)達(dá)到10～15m/s)的速度越過(guò)長(zhǎng)白山自然保護(hù)局、二道村、鐵北村、紅豐村、長(zhǎng)勝村、頭道白河村、白河崗村、水田村等,最大淹沒(méi)水深在1-3m之間,并與三道白河的洪水再次交匯,以5m/s以下的速度淹沒(méi)了三道白河和四道白河之間的向陽(yáng)村、四合村,淹沒(méi)水深小于lm。②工況II發(fā)生后,瞬時(shí)最大流速達(dá)到了20m/s以上,最大水深在20m左右：1小時(shí)15分鐘后,洪水開(kāi)始進(jìn)入二道白河鎮(zhèn),長(zhǎng)白山自然保護(hù)局、二道村、寶馬村、鐵北村部分區(qū)域被淹沒(méi),周邊流速為510m/s,水深分布在1～3m,淹沒(méi)區(qū)域多為靠近二道白河河道2～3km的范圍。1.5個(gè)小時(shí)前后洪水越過(guò)長(zhǎng)勝村、水田村、頭道白河村和白河崗村,流速在5m/s以下,二道白河以西2～-6km的地區(qū)水深在1m以下,包括紅豐村在內(nèi)的二道白河和三道白河之間的區(qū)域水深在1～3m之間。③工況ⅡI發(fā)生后,洪水瞬間最大速度達(dá)到20m/s以上,最大水深在15m以上。20～30分鐘后,洪水向下游蔓延形成向東北方向偏移的小規(guī)模扇形區(qū)域,并沖出二道白河河道,向東越過(guò)三道白河不超過(guò)3km,流速不超過(guò)5m/s,受溝谷影響出現(xiàn)最大深度為3-5m的積水；1.5～2小時(shí)后,洪水再次向東越過(guò)二道白河河道進(jìn)而淹沒(méi)了紅豐村的大部分地區(qū)后進(jìn)入三道白河河道,洪水流速降為5m/s以下,水深分布在1m左右。(5)依據(jù)吉林省水利廳提供的防洪工程圖及相關(guān)水庫(kù)數(shù)據(jù),結(jié)合三種工況下的洪水分布圖和對(duì)應(yīng)的洪水淹沒(méi)特征,提出了若干潰湖洪水的防災(zāi)防護(hù)建議。
【關(guān)鍵詞】：DEM 洪水災(zāi)害 數(shù)值模擬 影響范圍
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TV122
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 緒論12-24
• 1.1 研究背景和意義12-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-20
• 1.2.1 水淹沒(méi)問(wèn)題的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.2 潰壩水力計(jì)算的研究現(xiàn)狀17-19
• 1.2.3 長(zhǎng)白山天池火山流體災(zāi)害特征的研究現(xiàn)狀19-20
• 1.3 研究?jī)?nèi)容及研究思路20-24
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容20-22
• 1.3.2 研究思路22-24
• 2 長(zhǎng)白山天池火山概況24-27
• 2.1 長(zhǎng)白山天池火山研究區(qū)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)24-26
• 2.2 本章小結(jié)26-27
• 3 長(zhǎng)白山天池火山研究區(qū)數(shù)字高程模型的構(gòu)建27-41
• 3.1 基于ArcGIS的研究區(qū)基本地形數(shù)據(jù)處理27-35
• 3.1.1 基于ArcMap的研究區(qū)DEM的生成28-32
• 3.1.2 基于ArcScene的研究區(qū)三維場(chǎng)景生成32-35
• 3.2 研究區(qū)STL數(shù)字高程地形圖的生成35-40
• 3.2.1 STL地形文件的創(chuàng)建36-38
• 3.2.2 STL地形文件的修復(fù)38-40
• 3.3 本章小結(jié)40-41
• 4 天池洪水災(zāi)害的數(shù)值模擬41-92
• 4.1 潰壩水流的水力計(jì)算41-54
• 4.1.1 潰壩水力計(jì)算的條件41-42
• 4.1.2 潰壩水流運(yùn)動(dòng)的控制方程42-47
• 4.1.3 潰壩水流壩址處最大流量的計(jì)算依據(jù)47-53
• 4.1.4 潰壩水流壩址流量過(guò)程線的確定53-54
• 4.2 天池的潰壩模型54-61
• 4.2.1 天池圓臺(tái)模型假設(shè)56-57
• 4.2.2 天池潰口處流量過(guò)程線的確定57-61
• 4.3 基于Flow 3D的潰湖洪水演進(jìn)數(shù)值模擬61-90
• 4.3.1 FLOW 3D的建模理論61-70
• 4.3.2 基于FLOW 3D的研究區(qū)地形網(wǎng)格建模70-72
• 4.3.3 物理模型參數(shù)及初始條件確定72-77
• 4.3.4 模型結(jié)果的輸出——以工礦Ⅰ為例77-84
• 4.3.5 其他工況下的模擬結(jié)果輸出84-90
• 4.4 本章小結(jié)90-92
• 5 天池火山湖潰湖洪水災(zāi)害分布圖及防災(zāi)防護(hù)對(duì)策92-104
• 5.1 潰湖洪水災(zāi)害范圍分布及分析92-101
• 5.1.1 工況Ⅰ的洪水災(zāi)害范圍分布及淹沒(méi)情況分析92-95
• 5.1.2 工況Ⅱ的洪水災(zāi)害范圍分布及淹沒(méi)情況分析95-98
• 5.1.3 工況Ⅲ的洪水災(zāi)害范圍分布及淹沒(méi)情況分析98-101
• 5.2 潰湖洪水防災(zāi)防護(hù)建議101-102
• 5.3 本章小結(jié)102-104
• 6 結(jié)論與展望104-108
• 6.1 研究成果及結(jié)論104-106
• 6.2 工作展望106-108
• 參考文獻(xiàn)108-112
• 致謝112-113
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷113
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果113

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1012842