玉滩水库施工总布置三维可视化仿真与溃坝避难迁安分析

论文摘要

水库枢纽工程施工总布置是一项复杂的系统工程，所牵涉的环境、水文、地质、枢纽建筑物等众多组成部分之间存在错综复杂的关系，如何科学、直观地分析水库枢纽工程施工总布置的三维可视化分析方法是一项具有挑战性、亟待研究解决的关键问题。水库枢纽工程的泄洪与消能问题，无论在技术安全或经济效益上都十分重要，国内外因泄洪消能的设施或管理不当而导致工程失事的实例是屡见不鲜的，因此泄洪的安全问题属于水库枢纽工程的关键技术问题之一。玉滩水库工程为大（II）型二等工程，所处山路蜿蜒曲折、地形复杂多变，一旦发生溃决破坏，将严重破坏下游人民的生命财产、基础设施、社会经济和周边环境的安全，对灾后的快速抢险救援同样会造成极大的困难。为减轻突发灾害来临时所造成的重大损失，确保玉滩水库枢纽工程的安全运行，将大坝溃决避难迁安的研究成果进行三维可视化表达具有重要的工程意义。本文针对玉滩水库施工总布置三维可视化仿真与溃坝避难迁安分析进行了深入的研究，取得的主要成果如下：（1）实现了玉滩水库枢纽工程施工总布置的三维可视化仿真与分析。针对玉滩水库枢纽工程的场区广阔及信息量庞大等特点，采用了数字地形与实体模型的建模方法，运用了库区水体波动可视化建模方法、纹理映射技术及视景巡航技术，进行了玉滩水库枢纽工程施工总布置三维可视化仿真。（2）采用粒子系统建模对玉滩工程溢洪道泄流进行了全过程仿真。基于溢洪道进口泄流能力、泄槽水面线等相关水力学计算，结合工程特点探讨了溢洪道泄槽段、消力池段、尾水渠段的粒子建模过程，经过多次仿真模型试验，验证了研究方法的有效性与可行性，并通过将仿真模型试验结果与溢洪道泄流过程的水力学计算的结果进行了比较，进一步证明了三维可视化模拟的准确性。溢洪道泄流全过程仿真可视化的研究模拟了溢洪道泄流过程的水流形态，并能直观分析泄流过程的影响范围及严重程度。（3）完成了溃坝应急避难迁安可视化分析。基于溃坝洪水二维数值模拟计算分析得到了洪水到达时间及最大淹没水深分布等关键水情信息，采用―点线结合型‖的洪灾避难分析理论，结合Dijkstra算法和路权计算模型，通过对水库下游影响区域的分析，制定了合理的洪灾避难迁安路径，并通过三维可视化技术实现了洪水淹没范围、避难路径的直观展示，以便在危难时刻正确引导灾民按照避难方案选择最优撤退路径，且高效、安全的到达安置点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 玉滩水库工程概况
• 1.1.1 水库枢纽布置
• 1.1.2 施工场地布置及规划
• 1.1.3 渣场布置及规划
• 1.1.4 施工厂区交通布置及规划
• 1.2 研究背景与意义
• 1.3 国内外研究发展与现状
• 1.3.1 水利工程三维数字建模与可视化研究现状
• 1.3.2 基于粒子系统的水流运动模拟研究现状
• 1.3.3 溃坝洪灾避难迁安分析研究现状
• 1.4 主要研究内容
• 第二章 水库施工总布置三维数字建模与可视化仿真
• 2.1 数据的采集与处理
• 2.2 水库工程三维数字建模与分析
• 2.2.1 三维地形数字建模
• 2.2.2 三维实体模型的建立
• 2.3 库区水体波动可视化
• 2.4 水库工程三维可视化仿真
• 2.4.1 纹理映射技术
• 2.4.2 视景巡航技术
• 2.4.3 工程应用
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于粒子系统的溢洪道泄流模拟
• 3.1 溢洪道水力学计算
• 3.1.1 进口泄流能力计算
• 3.1.2 泄槽水面线计算
• 3.2 溢洪道泄流粒子建模
• 3.2.1 粒子运动性质
• 3.2.2 泄槽段粒子系统建模
• 3.2.3 消力池段粒子系统建模
• 3.2.4 尾水渠段粒子系统建模
• 3.3 工程应用
• 3.4 本章小结
• 第四章 溃坝应急避难迁安可视化分析
• 4.1 溃坝洪水演进二维数值模拟分析
• 4.1.1 溃坝洪水演进二维数学方程
• 4.1.2 溃坝二维洪水计算分析
• 4.2 避难方案的确定
• 4.2.1 淹没区道路网分析
• 4.2.2 防洪避难路径的选取
• 4.2.3 玉滩水库枢纽工程防洪避难方案
• 4.3 基于 World Wind 平台的洪灾避难迁安可视化
• 4.3.1 坐标系统的统一与转换
• 4.3.2 多源遥感影像的显示
• 4.3.3 溃坝洪灾避难迁安的三维可视化
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢