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。     

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。     

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。     

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.     

小水电大坝溃决生态环境影响评价

小水电大坝一旦溃决,将会给下游生态环境造成不同程度的破坏。大坝溃决对生态环境的影响程度是由上游水体积蓄的能量和下游生态环境暴露情况来共同决定的。选取水库危险性因子和下游环境暴露情况来建立影响指数计算模型,并通过此模型的计算值进一步对影响程度进行分级。以江西长龙小水电为例,验证了此模型的合理性与实用性。     

考虑矿砂淤积的尾矿坝溃坝洪水数

为模拟尾矿库溃坝稀性泥石流的演进, 在溃坝洪水数学模型的基础上,加入非恒定流输沙方程,建立能同时模拟水流和泥沙运动的平面二维溃坝水流泥沙数学模型。最后将该模型应用于云南某尾矿坝溃坝后的洪水演进及矿砂在下游的淤积过程,模型计算结果可为灾后影响评估及预防措施制定提供依据。     

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FLUENT三维数值模拟的溃坝洪水流动特性分析

为了研究溃坝水流在演进过程中的水位变化规律及负波的存在对水流演进过程产生的影响,利用FLUENT软件建立溃坝洪水三维数值模型,对溃坝时水面流动状态进行数值模拟分析。该模型耦合VOF法和k-ε紊流模型求解雷诺平均N-S方程,采用有限体积法将模型离散为六面体结构性网格,并用PISO算法进行数值求解。考虑下游有水的全溃坝、下游无水设障碍物的全溃坝、下游无水的局部溃坝3种工况,分别模拟计算溃坝水流的流动状态,首先通过与前人的实验数据进行对比分析,验证了该数值模型的正确性,然后分析溃坝水流在3种工况下水流水位变化趋势和分布状况,进一步研究了溃坝水流的流动特性和演进过程。     

考虑矿砂淤积的尾矿坝溃坝洪水数值模拟

为模拟尾矿库溃坝稀性泥石流的演进,在渍坝洪水数学模型的基础上,加入非恒定流输沙方程,建立能同时模拟水流和泥沙运动的平面二维溃坝水流泥沙数学模型.最后将该模型应用于云南某尾矿坝溃坝后的洪水演进及矿砂在下游的淤积过程,模型计算结果可为灾后影响评估及预防措施制定提供依据.     

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。     

新疆平原拦河水库溃坝洪水演进的数值模拟计算

针对新疆平原拦河水库溃坝洪水的特点 ,建立了坝址处和水库下游的二维洪水演进数值模型 ,提出了解算方法 ,并以夹河子水库 196 1年 4月 16日实际发生的溃坝洪水为例 ,进行了模拟计算 ,给出了溃坝坝址处的最大流量 ,溃口宽度 ,淹没水深 ,流速和淹没历时等洪水风险信息。     

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,...     

基于洪水脉冲历时的三峡水库生态调度研究

三峡工程为我国带来了巨大的经济效益,但同时水库也改变了下游天然的水文情势,造成如四大家鱼等鱼类资源急剧下降。为探究水库运行对四大家鱼产卵的影响,根据洪水脉冲理论,提出与洪水脉冲特征相关的若干个水文指标,并根据这些指标对水库下游宜昌站每年5-7月实际径流过程进行统计,经Mann-Whitney U非参数检验后找出产生显著性变化的洪水平均涨、落历时等指标。基于此建立水库多目标生态调度模型,根据历史洪水规律在模型中加入洪水脉冲历时控制方法,计算不同权重分配下的水库最优发电效益及洪水最优涨落历时,模型结果显著增加了洪水涨落历时且对发电效益影响甚微。延长洪水涨落历时为现阶段的水库生态调度提供了一种新的思路,但对四大家鱼产卵的实际促进作用仍需实践检验。     

十堰市茅塔河水库“2012·8”雨洪分析

确保水库大坝安全是水库调度基本原则,湖北省十堰市茅塔河水库流域于2012年8月发生了较大的暴雨洪水,水库的实际水位达到276.1m,超过防洪校核水位达0.56m,大坝的安全受到威胁。根据实测雨量和水位过程,分析了雨洪的相应频率及最高库水位超校核水位的原因,结果表明,本次雨洪频率略高于50年一遇,小于设计洪水频率,但下游河道宣泄洪水的能力有限,为保证下游防洪安全而采取的控制下泄流量的防洪调度方式是导致本次洪水期间库水位超校核水位的主要原因。建议尽快开展下游河道整治,提高下游防洪能力,同时加快建立水库流域山洪灾害预警系统。     

基于线性加权和法的大坝风险后果综合评价模型

大坝风险后果综合评价涉及众多评价因子,各因子间存在大量不确定性,将线性加权和法应用于大坝风险后果的综合评价,以江西5座水库为例,应用层次分析法计算水库溃坝生命损失、经济损失、环境影响及社会影响等因子的权重,通过后果严重系数确定大坝风险等级并对其进行排序。结果表明,若发生溃坝事件,5座水库大坝后果均十分严重,属特别重大事故,评价结果客观合理。研究表明,线性加权和法能够较客观地反映大坝风险程度,具有概念清晰、过程直观、计算简单等特点,为大坝风险后果综合评价提供一条新途径。     

感潮河段双向波退水曲线耦合模型研究

将感潮河段退水曲线视作上游洪水波退水与下游潮水波顶托2种独立过程双向运动的叠加,根据洪水波退水公式和调和分析方程建立感潮河段双向波退水曲线耦合模型。以姚江入江口段姚江大闸次洪退水过程为研究对象,对2008-2016年15场次洪水退水段进行了模拟。结果表明:各次洪退水段模拟的洪水波参数取值较稳定,说明退水规律较好;潮水波影响系数的大小与河道水位、降水以及天文大潮的出现有关;双向波退水曲线耦合模型能够较好地模拟姚江流域出口的退水过程。     

基于模糊数的事件树法在大坝风险分析中的应用研究

事件树法是目前通用的一种大坝风险分析方法。采用这一方法确定溃坝概率时,往往因估算溃坝发展各环节事件发生概率的客观依据不足,常需凭借专家主观判断。针对此问题,本文开展基于模糊数的事件树法的研究,引入模糊数,提出用模糊数来表示专家对溃坝发展各环节事件发生可能性的定性判断,对专家的模糊判断进行解模糊处理,最终得出溃坝发展各环节事件发生的定量概率。对东周水库进行风险分析,构造上游坝坡滑坡这一失事模式下的溃坝事件树,运用基于模糊数的事件树法估算溃坝概率。结果表明,该方法合理可行。     

溃坝风险的社会影响评价指标初探

传统溃坝风险的社会影响侧重于重要设施、文物古迹等可以量化的指标,未考虑对"人"的影响,围绕溃坝风险下与大坝公共安全相关的政府、水行政主管部门、水库管理单位、下游影响范围内的公众、媒体等组成的共同体,较为系统的挖掘了溃坝风险的社会影响形成机理,阐述了社会影响扩散的层次性,构建了溃坝风险下的直接遭遇者、责任者、处理者、监管者、关联遭遇者、传播者、同情者、关注者、规避者9种"人"的角色分配。初步探讨了溃坝风险的社会影响评价指标,提出了人员损失、公共性、新闻性和持续时间4个指标,并给出了等级划分标准。以某水库溃坝为案例开展了应用分析研究,表明所构建的社会影响评价指标,评价结果合理、定级准确,为类似社会影响评价提供了可靠途径。     

三种堰塞坝溃口发展及最大溃决流量公式拟合

通过对汶川地震所产生的上百座堰塞湖调查发现,堰塞坝按照其组成大致可分为均质细坝、均质粗坝及分层坝。对三种堰塞坝分别开展了8次漫顶溃决试验研究,根据对溃坝过程的摄影记录,采集到溃口宽度、深度和最大溃决流量等实时试验数据,并以美国水道试验站公式为基础拟合出3种具有针对性的堰塞坝的最大溃决流量公式,该成果可对堰塞湖应急处置、预警、避险等决策提供技术支持。