均质粘性土坝漫顶溃决过程数值模拟研究

大坝一旦失事溃决,对下游造成的生命和财产损失无法估计。溃坝的模拟计算能够为预估溃坝洪水带来的影响,建立下游预警系统,提前制定应急预案提供有效的科学依据,从而能够将洪水灾害造成的影响减少到最小程度。本文在已有溃坝数学模型基础上建立了针对粘性土均质土坝漫顶溃决的计算模型,可对大坝溃决过程、溃坝洪水下泄过程及上游水库水位下降过程进行水力学模拟,在论述其溃坝机理后,结合现场试验实测资料验证了此模型的实用性,对于防灾减灾及大坝失事后果的评价具有重要意义。并为今后溃坝模型的发展提出了建议。     

均质黏性土坝漫顶溃决过程数值模拟研究

大坝一旦失事溃决,对下游造成的生命和财产损失无法估计。溃坝的模拟计算能够为预估溃坝洪水带来的影响,建立下游预警系统,提前制定应急预案提供有效的科学依据,从而能够将洪水灾害造成的影响减少到最小程度。在已有溃坝数学模型基础上建立了针对黏性土均质土坝漫顶溃决的计算模型,可对大坝溃决过程、溃坝洪水下泄过程及上游水库水位下降过程进行水力学模拟,在论述其溃坝机理后,结合现场试验实测资料验证了此模型的实用性,对于防灾减灾及大坝失事后果的评价具有重要意义。并为今后溃坝模型的发展提出了建议。     

基于二维水动力模型的溃坝洪水数值模拟研究

【目的】研究水库溃坝洪水影响。【方法】以辛庄水库为例,通过建立二维水动力模型,模拟了不同溃决方案下溃坝洪水演进过程,计算了下游高速铁路处淹没水深、流速、冲刷深度等,分析了溃坝洪水对下游高速铁路的安全运行影响。【结果】水库未溃决时,溢洪道最大下泄洪水能够正常通过铁路涵洞,对下游工程影响较小;水库大坝正面溃决的影响要比侧面溃决的影响大,下游部分铁路路基顶面过水,影响铁路正常运行;大坝溃决后最大流速是未溃决时的2.15～2.48倍,涵洞处最大冲刷深度是未溃决时的1.56倍。【结论】二维水动力模型可较好的模拟溃坝洪水演进过程和淹没范围,研究成果可为水库溃坝洪水灾害预防提供参考和数据支撑。     

水生态保护对龙羊峡下游河流生态的影响

大坝的建设阻隔了河流的连续性,影响了大坝下游河流的生态结构和功能.本文分析了大坝对河流结构的影响以及龙羊峡的生态环境状况.从整个区域的水生态保护着手,研究了龙羊峡下游河流的泥沙含量的变化,揭示大坝的生态保护是河流生态恢复的重要措施.     

建闸后河道行洪对上游铁路桥安全运行影响研究

利用HEC-RAS模型,计算分析了下游拦河闸建设后,河道行洪时,闸门在全开、无法开启及溃决3种不同运行工况下,上游铁路桥桥址处河道水位、流量、流速的变化情况,进而计算出各工况下桥址处冲刷深度。结果表明,与建闸前相比,建闸后上游桥址处水位均有一定程度升高,其中闸门无法开启时水位升高最大,较建闸前升高10.7%;闸门溃决时,桥址处最大流量增加11.34%,最大平均流速增加11.11%,河槽和河滩部位最大冲刷深度均有增加,但都在允许冲刷深度范围内,拦河闸不会对上游铁路桥安全运行产生不利影响。研究成果可对河道类似工程安全运行提供借鉴和参考。     

基于EFDC模型的清河水库溃坝洪水演进模拟

大坝安全事关水库的防洪、发电、灌溉等效益,更关系着人民群众的生命财产安全。分析水库溃决洪水影响,可为水库防洪风险管理、灾害评估、抢险预案等提供重要的技术支持。以清河水库为例,采用DAMBRK模型分析不同情景溃坝洪水过程,应用高分辨率DEM数字高程模型提取研究区域的格网地形数据,基于EFDC水动力模块建立清河下游洪水演进水动力模型,模拟了淹没水深、淹没范围和淹没历时等洪水风险要素,为清河水库下游地区的防洪减灾决策提供技术支撑。     

基于RVA的建库后下游河流生态风险评价研究

为探索水库修建后对下游河流生态环境的影响,基于RVA(变化范围法)思想选取能反应建库前后下游生态环境变化的一系列指标,构建了水库下游河流生态风险评价指标体系.并在采用风险指数法与RVA法对其进行估计量化和权重确定的基础上,针对生态风险评价工作及人类对生态环境认识程度本身所具有的模糊性,将生态风险量化为5个等级标准,建立了水库下游河流生态风险的模糊综合评价模型.实例计算表明,该方法能定量给出水库下游河流生态风险综合评价结果,对水库建成后生态风险评价及管理工作具有一定的参考价值,有助于河流的可持续开发利用与生态环境的进一步改善.     

梯级水库群洪水溃坝模拟

以某河流的7个梯级水库为研究对象,合理地拟定各梯级水库不同大坝类型(土石坝、拱坝、混凝土重力坝)的溃决形式、溃口发生过程及形态,针对各类型水库漫顶即溃坝和土石坝漫顶溃坝,拱坝、重力坝漫顶过流不产生溃坝两种极限状态,运用Dam Break溃坝模型原理,计算主汛期超标准洪水和后汛期超标准洪水时梯级水库的连锁响应以及溃坝洪水向下游库群的演进过程.分析流城内各水库清坝发生的因果关系,并得出各水库溃坝发生的相对时间及各特征断面的最高水位、流量等特征值.汛期超标准洪水时流城梯级水库的溃坝模拟分析结果,为降低大坝风险、制定应急预案和防灾减灾提供了科学的决策依据.     

改进溃口宽度经验公式在洪水模拟中的研究

大坝的溃口宽度与土石坝发生溃坝后下游洪水的淹没范围紧密相关，是计算溃坝时最大流量的重要参数。在铁道部科学研究院以及黄河水利委员会溃口宽度计算经验公式中，溃口宽度都与库容、土石坝长度以及坝高有关，只是土石坝长度的幂次方项不相同。在运用以上2个溃口宽度计算公式对7个国内外土石坝溃坝案例进行对比计算后，计算出的溃口宽度相比实际宽度都有较大误差，为探究土石坝长度对洪水溃坝的影响，并使经验公式计算结果更接近真实溃口宽度，对以上7个溃坝案例数据使用Allometricl模型进行拟合，提出溃口宽度计算优化公式。并对另外2个国内溃坝案例进行验算，发现溃口宽度误差均在4.5%以内，表明优化公式比常用经验公式精度高，可为计算土石坝的溃坝最大流量提供依据。再使用DBFL-IWHR模型与传统公式计算下游断面洪水演进情况并进行对比，发现传统公式计算出的下游断面最大流量相比DBFL-IWHR模型较小，同时下游断面最大流量到达时间相比DBFL-IWHR模型较大。     

基于ArcMap溃堰洪水风险可视化建模及其应用

利用坝区Arc Map空间数据及属性数据联合分析,构建溃堰洪水风险可视化模型,给出溃堰洪水淹没及其风险损失。对溃堰洪水沿程最高水位矢量化表征,建立溃堰洪水水面栅格数据模型,耦合库区地形栅格数据模型,通过空间数据分析和可视化表征分析围堰溃决过程及其下游淹没水深场、洪水淹没程度。拉哇水电站溃堰洪水风险图实例说明模型具有可行性和有效性,为选择合理导流方案及工程安全管理提供高效的技术支撑。     

水库对下游河段水环境影响的评价

水库对下游河段水环境的改善，主要是通过蓄水和合理运用等手段来实现。水库调节的作用，改善了天然河道来水过程不均匀的缺陷，将洪水期的水量调配到枯水期，从而大大减轻枯水期天然河道的污染程度。评价水库对下游河段水环境的影响是一个复杂的问题，因为天然来水、水库下泄量以及河道流态都是变化的。提出列表计算法，根据水库的运用情况，逐时段列表计算。     

电站运行对流量时间序列影响评价方法初探

大坝建设会对河流水文情势带来影响,进而影响河流生态系统.针对水电站调度对河流水文情势影响评价问题,引入分形理论,采用分形维数来评价电站调度对水文情势的影响程度,并将其用于东江上游枫树坝电站调度对其下游水文情势影响评价.采用龙川水文站49 a日流量数据进行计算,并与变差系数、峰度值进行对比分析,结果表明,分形维数与变差系数、峰度值对流量过程变化表征一致.分形维数明确表征洪水的集散程度和变化频率,即洪水集中,变化频率低,分维数相对较小;反之,分维数相对较大.同时,分形维数可以用来评价年度水文过程的自相似性.     

考虑Copula-LM-HMS耦联的台风情境下大坝洪水漫顶风险率计算

气候变化下台风风暴潮出现频次增加,形成的暴雨洪水对水库大坝安全产生极大威胁。由于部分地区实测流量资料缺少,基于雨量资料的随机模型与水文模型耦合模拟洪水过程线的研究亟待发展。针对现有小流域流量资料缺少问题,研究了基于降雨随机模型与水文模型的Copula-LM-HMS耦联模型,来模拟入库洪水并计算水库大坝洪水漫顶风险率。该模型通过Copula函数与拉丁超立方-蒙特卡罗抽样（Latin Hypercube-Monte Carlo Simulation）生成流域多组7日降雨数据,并通过变倍比放大法缩放处理得到相应降雨序列,利用HEC-HMS水文模型模拟洪水过程线并结合调洪演算得到坝前最高水位,同时考虑风浪作用来模拟台风情景下的库水位变化情况,计算大坝洪水漫顶风险率,并分析不同组合条件对洪水漫顶风险率的影响。余姚市四明湖水库实例分析表明,构建的Copula-LM-HMS耦合模型计算得到的拦河坝在未来台风情境下无漫顶风险,自溃坝最小漫顶风险为0.22%,最大漫顶风险达到2.68%;洪水漫顶风险与降雨分布及起调水位有关,同时风浪作用对洪水漫顶风险影响较大。基于耦合模型进行中小流域洪水漫顶风险率计算,...     

基于人工神经网络的水库溃坝生命损失估算模型及应用

传统的生命损失估算方法未能考虑致灾因子的非线性及其相互作用,本文建立了基于人工神经网络的水库溃坝生命损失估算模型。该模型综合考虑了风险人口、洪水严重程度、警报时间、洪水严重性理解程度和库容、坝高、溃坝发生的时间、下游坡降、与大坝的距离、下游建筑的抗冲能力等影响因素。其中,洪水流速、水深、淹没范围等关键水情信息的获取采用耦合VOF的k-ε模型。以深圳市公明水库为例进行了研究,估算了不同情况下的溃坝生命损失,为区域防灾减灾提供了理论基础。     

基于水量恒定的渠道前馈控制时间分析

为了研究渠道运行控制中渠系建筑物的前馈控制时间,综合考虑上游调控及分水口调控对下游水量的影响,采用水量恒定方法,构建了渠道前馈控制时间计算模型,并将模型应用于山西省夹马口灌区.结果表明:模型所采用的流量拟合方程及参数对流量的拟合精度较高,能够有效表达下游流量在渠道调控下的变化情况,当采用该模型计算的调控时间进行控制时,可以基本保证流向下游的总水量恒定,水量偏差为0.8 m³.利用模型进一步分析了不同流量下的调控时间,发现随着流量的增大,分水口最优调控时间逐渐减小,在此基础上得到了流量-前馈控制时间、水深-前馈控制时间的线性拟合公式,为夹马口灌区渠道运行控制提供了参考.     

考虑颗粒暴露角的宽级配泥沙起动流速公式研究

堰塞坝坝料不均匀性强、级配范围宽，为了准确计算该工况条件下的泥沙起动问题，对泥沙颗粒暴露角进行了分析，引入底床坡度、泥沙颗粒的纵、横向暴露角，以泥沙滚动模型为基础建立了宽级配泥沙起动流速计算公式，并对计算式进行了合理性验证和敏感性分析。结果表明：底床坡度与泥沙颗粒的起动流速整体呈现负相关关系，但影响程度受颗粒暴露程度的影响明显，随着颗粒暴露度不断增加，底床坡度对其起动流速影响逐渐增强，泥沙颗粒纵、横向暴露角与其起动流速整体成负相关关系，但影响规律有所不同，床面粗颗粒处于暴露状态时，决定该颗粒起动的主控因素为颗粒粒径，处于隐蔽状态的细颗粒起动流速较大，床面坡度对其起动流速的影响较小。     

抬高水库汛限水位的洪水资源化利用研究

以河北洋河水库汛限水位分析为例，采用水库洪水调度多目标动态规划模型，模拟计算了不同频率入库洪水下水库不同汛限水位所对应的蓄、泄洪关系。在此基础上建立了综合考虑入库洪水、水库安全运行、下泄洪水超下游地区防洪标准、下泄洪水减少导致下游生态环境用水破坏等不确定性因素的水库汛限水位抬高风险评估模型与多目标风险决策模型，并对不同汛限水位下洪水资源化利用效益进行了计算，得出了不同频率入库洪水下的水库最优分期汛限水位方案。     

基于融合型WNN的大坝裂缝开合度预测模型研究

大坝的裂缝开合度监测是大坝安全监测中重要的项目之一。因此,大坝裂缝开合度预测的准确性对大坝安全监控十分重要。外界诸多因素都会对大坝裂缝开合度造成一定的影响,导致情况非常复杂。为了提高大坝裂缝开合度预测的精度,尝试将融合型WNN(小波神经网络)应用于大坝裂缝开合度预测,并将该模型应用于某混凝土大坝的裂缝开合度预测中,并与BP神经网络模型、松散型WNN模型及传统的多元回归模型预测结果进行对比。结果表明,融合型WNN用于大坝裂缝开合度预测精度更高,效果更好。     

水均衡法评价玛纳斯河流域莫索湾灌区地下水资源

莫索湾灌区位于玛纳斯河下游,地下水补给以侧向径流补给和灌溉水入渗补给为主,因此,地下水位多年动态变化特征基本上反映了地下水开采量的变化特征。基于水均衡分析法,分析了研究区地下水资源利用情况,对灌区1998-2007年地下水系列各项补给量和排泄量进行平衡计算,指出灌区地下水位明显受灌溉用水量和人工开采量的双重控制,尤其是人工开采量对地下水位变化影响最大。基于此,地下水开采应该以保证生态环境为前提,合理地开发利用地下水资源,实现地下水资源的可持续利用。     

大坝安全综合评价研究

大坝安全评价是一个典型的多层次多指标综合评价问题,其中各评价指标权值的合理确定,对大坝安全评价结果具有重要的影响。提出一种基于量子遗传算法和层次分析法相结合的大坝安全指标权值计算模型和综合评价实现方法,以矩阵一致性指标作为量子遗传算法的适应度函数,将求解权值转化为非线性优化求解问题,基于量子遗传算法进行权值智能寻优,求得最佳权值;以所求结果为基础,借助物元可拓方法,实现大坝安全状况的评价。实例计算结果表明这种新型权值计算模型确定的大坝安全指标权值,比传统的权值计算模型结果更精确,收敛速度更快,评价结果准确,具有一定的理论意义和实用价值。