川藏公路南线泥石流坝溃决洪水过程试验研究

川藏公路南线(西藏境内)由于区域地质地貌和气候环境条件的特殊性,近几十年来曾多次发生泥石流堵溃事件,坝体溃决所产生的洪水给下游造成了灾难性破坏.根据13组室内泥石流坝溃决模型试验对洪水流量过程进行研究发现,对流量影响最大的是堵塞坝的溃决形式,即重力再启动形式的溃决洪峰流量最大,水力再启动次之,冲刷型溃决最小;溃坝洪水洪峰流量与上游来水量流量成正比关系.溃决过程中的洪峰位置出现在库区水下泄30%～50%的时候;不论哪种形式溃决,洪峰在时间轴上的位置主要集中在整个洪水历时的1/3处.该研究可以为泥石流坝溃决洪水预测和下游综合避险减灾提供参考.     

基于数据包络分析的溃坝洪水灾害脆弱性评价

水库大坝的溃决将会对下游自然、经济和社会产生灾难性影响,对溃坝洪水灾害的脆弱性分析有助于科学制定减轻灾害损失措施.提出了一种基于数据包络分析模型定量计算溃坝洪水灾害脆弱性的方法,并结合实例加以应用.应用结果表明,该方法具有可行性,并得出实例研究区中的小河区和南明区属于溃坝洪水灾害的高脆弱区,花溪区属于中脆弱区和云岩区属于低脆弱区,可为该区制定减灾措施提供一定参考价值.     

基于二维数学模型的淤地坝溃坝模拟研究

以介休市利贞寨淤地坝为研究对象,计算了溃坝流量过程线,并利用二维水动力数学模型,对淤地坝逐渐溃决和瞬时全溃两种工况下的溃坝洪水演进过程进行了模拟,得出溃坝后不同时间段洪水的淹没范围、水深及水量。采用水量平衡法对模型进行验证,最大误差仅3.27%,说明模拟精度较高。利用该模型模拟淤地坝溃坝后的洪水演进,可以科学评估溃坝的影响范围及程度,为淤地坝的防洪减灾提供技术支撑,对我省淤地坝安全运行具有重要意义。     

安化县澄坪村“7·16”泥石流形成机理及其动力学特征

[目的]对湖南省益阳市安化县澄坪村"7·16"泥石流灾害成因机理及力学特征进行分析,为类似灾害的防灾减灾研究提供科学参考。[方法]通过灾后野外调查开展相关分析。[结果]湖南省安化县马路镇澄坪村梨树坪让家沟流域在地形地貌,地层岩性以及气象水文方面具备良好的孕灾条件;由于2014年7月16日的持续性强降雨作用,沟道上游一侧形成了一个约5.20×10~4 m~3的滑坡堰塞湖,随后堰塞湖迅速溃决并形成了强大的溃决型泥石流,冲溃了下游的两道拦砂坝,并形成了高达190.65m~3/s的峰值流量。[结论]安化县澄坪村"7·16"泥石流灾害是一次典型的滑坡灾害转换成泥石流的灾害链,而下游两道堵塞坝的堵溃过程进一步放大了泥石流的峰值流量及规模,具有典型的堵溃放大效应。     

冰滑坡涌浪下冰碛坝溃决机理试验研究

[目的] 对冰滑坡涌浪导致的冰碛坝溃决过程与溃决机理进行试验研究,为冰川区重大工程建设和冰湖冰碛坝溃决灾害防治提供科技支撑。[方法] 开展不同滑块体积、滑动角度、滑动距离、坝体物质组成和坝体几何形态的水槽模型试验。基于试验现象、试验数据与理论推导,对涌浪过程、坝体物质起动和坝体溃决临界条件进行分析。[结果] ①冰滑坡涌浪随时间和距离不断衰减,其随时间衰减显著。②将涌浪作用下的溃决过程分为坡面侵蚀、陡坎侵蚀、侧向侵蚀和衰退4个阶段,其中侧向侵蚀阶段的溃决流量最大,流速最快,侵蚀能力最强。③从颗粒起动机理的角度给出了颗粒起动流速,与沙莫夫公式进行对比分析,对比结果较为吻合。④基于能量守恒原理得到了冰湖溃决事件发生的临界条件,通过西藏自治区林芝市波密县米堆沟光谢错冰湖溃决事件进行验证,验证结果良好。[结论] 冰湖库容越大、坝前水深越深、涌浪高度越高,坝体越易发生溃决;冰碛坝堆积物中细颗粒含量越高,坝体颗粒间黏附力越强,坝体越稳定;冰碛坝坝宽及下游坡脚越大,坝体越稳定,溃决所需时间越长。     

有关天然堤坝发生滑坡决口的机制研究

天然堤坝多因洪水漫顶、坝体浸润过度而产生滑坡或形成管涌扩大导致决口溃坝,对下游地区构成巨大危害。水利部门都致力于研究天然堤坝决口的机制,进行危机预警管理,降低经济损失。2005年日本学者森俊勇等人针对日本天然堤坝决口的现象,收集许多滑坡决口、管涌决口的事例,采用高峰流量的推算方法,对天然堤坝决口的机制进行了研究,其结论:筑坝材料的黏着力、内摩擦角、堤坝下游边坡坡度、坝高、坝顶宽度等决定堤坝的安全系数。当堤坝材料的内摩擦角和黏着力小时,库区水位达到1/4,坝顶宽为1 m,下游边坡坡度为30°时,坝高为30 m以上的天然堤坝及库区水位达到3/4,坝高在15 m的天然堤坝,就有发生滑坡决口的可能。     

不同条件下泥石流堰塞坝的溃决过程

[目的]对不同因素作用下的泥石流堰塞坝溃决过程进行试验研究,为泥石流堰塞坝的灾害防治和灾后重建等提供科学支撑。[方法]开展了不同来水流量、坝体形态、黏粒含量、坝高和初始含水量条件下的溃决试验。将漫顶溃决过程分为4个阶段:坡面侵蚀过程、陡坎侵蚀过程、下切和侧向侵蚀过程和衰退过程。此外,分析了泥石流堰塞坝坝体破坏机理,并给出下游坡面泥沙起动临界条件的计算式。[结果]溃决流量与来水流量之间呈非线性正相关;溃决洪峰流量随着背水坡坡度增加而增加;溃决洪峰流量随着坝高的增加而迅速增加,泥石流堰塞坝坝体黏粒含量与溃决洪峰流量之间整体呈现负相关;溃决洪峰流量随着土体初始含水量的增加而缓慢降低,但变化的范围不大。[结论]在泥石流堰塞坝溃决的不同因素中,坝高和黏粒含量影响最大,来水流量次之,背水坡度和初始含水量影响最小。     

天然坝溃坝模拟试验

因滑坡等形成泥石流堵塞河道,称之为天然坝。天然坝溃坝会造成下游区域危险性灾害。从防灾学的观点出发,预测天然坝形成地点,事先设置防范设施或采取应急处置措施,利国利民。2007年日本学者小田晃等通过模拟天然坝的过流试验,得出如下结论:坝顶较宽的天然坝,溃坝时的洪峰流量较小,最大值发生时间迟;坝坡缓的天然坝,洪峰流量较小,最大值发生时间迟。基于上述结果,在防灾减灾对策上,尽量减缓下游边坡比降,尽最大努力选择合理颗粒级配,增加施坝相对密度,在坝背水坡作反滤处理或堆积碎石,有条件的地区,可在坝下游坡面洒胶合剂,抑制坡面的侵蚀等。     

降低堰塞湖灾害风险的措施

因地震、暴雨、洪水等突发性灾害而诱发堰塞湖的事件,当泥沙或洪水蓄满将溢出堰塞湖,在下游流域有可能发生泥石流和洪水泛滥等灾害。2010年日本学者水野秀明等人通过采取混凝土材料不同方式覆盖堰塞湖坡面不同部位,可降低因堰塞湖溃坝所造成的泥沙灾害危险程度。其结论是:将混凝土材料多层设置在较广泛的范围,更能降低流量和泥沙质量浓度的最大值;能更多地残存泥沙。但很难降低坝前水深。在事先采取预防措施的情况下,底部固定(砌护型)要比预留缝隙型更能降低流量的最大值及泥沙质量浓度。     

应用植被洪痕重现历史洪水

为了在峡谷中重建历史洪水,对2个垂直分布的假定只受大型罕见洪水影响的沟谷、河岸的植被特征进行调查,对过去20 a里主要洪水事件期间的洪峰流量和平摊流量的最大水位进行评估。通过对1993年暴雨下植被洪痕进行调查,对洪峰流量和平滩流量进行评价,洪水上涨到河岸的下侧部分,但是没有洪水溢流到两个调查点的表面;此外,调查点下游对面斜坡上发生的滑坡产生了一个滑坡坝,滑坡坝的构造可能引起局部溢流到下游调查点。因此,了解峡谷河流系统中的洪水行为,就要调查水文特征、规模、流量、频率和横向输入河流的泥沙时空方式等基本信息。     

淤地坝坝体自然加高理论与工程设计构想

随着淤地坝建设高潮的再次掀起,研究淤地坝坝体自然加高显得十分重要和紧迫。通过对天然聚湫坝体前的淤积和“水力冲填”筑坝技术的探索和研究,创立了淤地坝坝体自然加高的理论,并提出了具体的导流方式、坝体防冲措施及围堰消能蓄洪、留淤脱水设计。建议尽快立项开展坝体自然加高现场试验和模拟试验。     

特大暴雨条件下小流域沟道的泥沙连通性及其影响因素——以陕西省子洲县为例

[目的]研究特大暴雨条件下小流域沟道泥沙输移路径、泥沙连通程度及其影响因素,旨在探讨水库溃坝的原因,为沟道防洪措施的布设提供依据。[方法]以陕西省子洲县"7·26"暴雨条件下小流域沟道泥沙连通情况为例,选取面积相近、形状相异的清水沟和蛇家沟小流域,对沟道泥沙淤积情况进行现场调查,同时将沟道分为坝地沟段和自然沟段,选取流域面积与形状系数、沟道比降,以及淤地坝的类型与分布进行对比分析两个小流域沟道泥沙连通性的差异。[结果]在此次特大暴雨条件下,清水沟和蛇家沟的淤地坝大都呈现打开状态,由上游到下游清水沟泥沙连通性呈现较强的增长趋势,蛇家沟泥沙连通性则呈现先增长后减弱的趋势。整体上清水沟的泥沙连通性比蛇家沟的强,且清水沟流域的土壤侵蚀也较为严重。串联和混联坝系以及修建有卧管、竖井和排水渠的淤地坝防洪能力更强。[结论]流域面积、流域形状和沟道比降均影响着沟道泥沙的连通性,而淤地坝类型及分布是影响沟道泥沙连通性的主导因子。     

河南省淤地坝安全自动化监测系统设计与应用

[目的] 设计淤地坝安全自动化监测系统，实现淤地坝监测数据的实时传输与预警，提升河南省淤地坝安全管理能力。[方法] 选取5座典型淤地坝作为试点，进行淤地坝安全自动化监测系统的设计、施工、安装和试运行，初步建立了淤地坝安全预报模型。[结果] 监测系统实现了淤地坝雨量、水位、渗压、变形和位移、应力、视频等监测数据的自动化采集和安全隐患预测预警，提升了淤地坝安全监控能力。[结论] 系统运行后有助于增强河南省全省的淤地坝系统安全管理，为黄土高原地区淤地坝汛期安全运行提供一种全新的信息化管理模式。     

MIKE耦合模型模拟淤地坝对小流域暴雨洪水过程的影响

为科学认识淤地坝建设对黄土高原小流域暴雨洪水过程的影响,该文通过分布式水文模型MIKE SHE和一维水动力模型MIKE 11耦合模拟了不同坝型组合和坝系级联方式下的小流域暴雨洪水过程,研究表明:1)淤地坝系建成后会使小流域洪水的洪峰和洪水总量明显减少,其中骨干坝减幅最小,中型坝次之,小型坝减幅最大;串联、并联、混联3种坝系级联方式均使洪峰流量和洪水总量明显减小,其中混联坝系减幅最大,并联坝系次之,串联坝系最小。2)淤地坝建设改变了洪水历时,其中骨干坝和中型坝增加了洪水历时,而小型坝缩短洪水历时。3)沟道连通性指数与洪峰流量、洪水总量均有很好的相关关系,淤地坝建设明显降低了沟道连通性,通过改变沟道连通性调控了小流域的暴雨洪水过程。可为黄土高原淤地坝安全运行提供科学依据。     

极端降雨条件下小流域淤地坝系连溃风险分析

近年来,黄土高原上的淤地坝在减轻水土流失、淤地造田等方面发挥了重要作用.但相较土石坝,淤地坝的防洪标准不高,更容易发生溃坝.淤地坝多以梯级形式分布在若干小流域中,构成了一个复杂的坝系网络,为正确评价溃决风险带来很大的挑战.采用一种基于小流域水文计算和考虑复杂入流条件的淤地坝系连溃风险分析模型及相应的计算程序FT-IWH...     

延河流域2013年7月连续暴雨下淤地坝毁坏情况调查与评价

[目的]查明2013年7月延河流域连续出现的5次范围广,历时长,量级大的强降雨条件下淤地坝的运行及毁坏情况。[方法]对延河流域3县区15个小流域45座淤地坝进行实地考察。[结果]被调查淤地坝中35座经受住了暴雨洪水的袭击。遭毁坏的10座淤地坝中9座为已淤满变为耕地的"闷葫芦"坝(一大件)及1座新建坝。而尚未淤满正在发挥作用的淤地坝以及新旧结合的坝系大多数都正常运行。[结论]延河流域该次淤地坝毁坏的直接原因是高强度和持续集中降雨造成的超标准暴雨洪水,同时淤地坝在建设、运行和管理方面也存在诸多问题。     

基于混沌神经网络的流域坝系稳定性分析

坝系相对稳定原理是淤地坝规划的理论基础。依据影响坝系稳定性的7个主要因素：坝控面积、坝数、总库容、可淤库容、坝前水深、防洪能力、淤地面积,以Matlab 7.0为平台,采用混沌神经网络（COBP）模型对马家沟流域13个坝系进行了稳定性分析。结果表明,13个坝系中有7个坝系处于不稳定状态,采用坝系稳定系数来校核COBP模型的计算结果,得出的结论一致,因此,可以判定采用神经网络方法得出的结果基本可信。此外,分析了7个坝系不稳定的原因,采用增加坝高和增加淤地坝数量的方法使7个不稳定坝系均达到稳定状态。通过对马家沟13个小流域淤地坝重新规划,形成的13个坝系全部处于稳定状态,可见COBP方法在确定流域坝系稳定方面具有实用的价值。