上游溃坝引发库区土石坝梯级连溃的模拟研究

基于某水库溃坝过程,以单库非恒定流溃坝数理模拟计算的方式,对上游溃坝洪水涌入下游紧邻的梯级水库以及下游紧邻水库调水御洪防范库坝连溃进行模拟,结果表明:上游发生大坝突然溃决时,可能造成下游库区土石坝连续溃决;在遭遇超级溃决流量是,提前预警泄流只能起到推迟紧邻的梯级水库溃坝时间的作用,不能完全阻止下游紧邻的梯级水库发生连溃;增大紧邻梯级水库的泄流能力,可使库区漫坝洪水流速维持在不发生危险冲刷的指标范围内,但不能彻底防止水坝漫顶;通过增设非常泄洪通道提高泄洪能力,通过预警提前调整库容,能有效防止紧邻梯级水库的坝体连续溃决。可为防范上游溃坝引发紧邻库区土石坝梯级连溃的工程技术应用提供技术参考。     

特高坝及其梯级水库群设计安全标准研究Ⅰ：理论基础和等级标准

水电工程中高度200 m及以上的特高坝的设计已经超出现行规范的适用范围;考虑流域梯级效应的水库群的安全标准,迄今尚属空白。本文从公共安全风险防范和梯级连溃系统风险分析的角度,在现行水利水电枢纽工程等级划分及其设计安全标准的基础上,针对特高坝及其对下游梯级具有溃坝影响的大坝,提出了设立特等工程、特级建筑物及其相应安全标准的建议。经初步论证,建议特2级土石坝年计失效概率为5×10-8,目标可靠指标为4.45,坝坡抗滑稳定安全系数为1.6;特1级土石坝年计失效概率为1×10-8,目标可靠指标为4.7,坝坡抗滑稳定安全系数为1.7。基于我国某流域实际情况的一个虚拟大坝连溃案例,验证了确定上述工程等级和安全标准的可行性,对我国现有水电工程设计规范的修正和完善具有一定的参考意义。     

不同工况下梯级土石坝溃决模型对比研究

对不同工况下的梯级土石坝的连续溃决模型进行研究有重要意义。通过对6种土石坝溃决模型进行对比研究,总结各模型所应用案例的具体特点以及机理特性。对溃坝案例进行数值模拟,得出计算的参数指标与实际值的误差,对影响溃坝问题的各种参数进行了分析。研究结果对梯级土石坝溃决模型选择具有一定应用价值。     

基于快速连溃洪水计算的梯级堰塞湖风险分析

地震滑坡堵江作用形成的梯级堰塞湖,上下游单元之间存在级联效应,增大了溃决风险和成灾规模。及时合理的应急方案可以有效保证上下游的生命财产安全,然而现阶段缺乏快速定量的梯级堰塞湖的风险分析方法。以溃口洪水计算为核心,结合河道洪水演进计算和水库调洪计算,提出了一种梯级堰塞湖连溃洪水的快速计算方法,并应用至国内外第一个具有详细数据资料的梯级堰塞湖小岗剑梯级堰塞湖溃决实例中。定性分析了堰塞湖风险等级,使用提出分析方法进一步定量反演计算连溃洪水过程,评估了应急处置工程效果,分析不同组合状况下连溃洪水的规模。结果显示:反演计算其连溃峰值流量为3 736 m~3/s,与实测值3 950 m~3/s基本一致。当不开挖泄流槽时,连溃峰值流量高达4 865 m~3/s,泄流槽降低梯级洪峰30%。快速定量连溃洪水计算可以辅助优化联合调度方案,是减轻连溃洪水灾害、保护流域整体安全的一种行之有效的非工程措施。研究结果可以为梯级堰塞湖定量风险评估以及应急除险预案制定提供理论依据。     

溃坝洪水的统一二维数学模型

本文通过资料分析，在前人已有工作基础上，提出了通过统一的二维模型替代以往一维和二维模型嵌套方法的理论基础，探讨了基于此新的概念模式进行数值计算的网格剖分。利用作者以往的洪水冲刷试验研究成果模拟土石坝溃坝发展过程中的逐渐溃模式，探讨了土石坝逐渐溃的溃坝模式数值描述方法，溃坝洪水过程的数值模拟等。文中还介绍了一个实例计算。     

土石坝溃坝洪水分析:原理和计算程序

准确预测土石坝溃决洪水过程直接影响应急处置方案的制定与实施。本文详细介绍了DB-IWHR溃坝洪水分析软件的原理与应用,提出了双曲线冲刷侵蚀模型,侧向扩展模型改进为双曲线形式,并且将敏感性较低的淹没系数m简化。同时,对比了双曲线冲刷侵蚀模型和线型冲刷侵蚀模型的计算结果,验证了双曲线冲刷侵蚀模型的合理性。DB-IWHR溃坝洪水分析软件可快速进行土石坝溃决洪水的计算,其程序使用简单,计算快速、准确,鲁棒性强。     

梯级水库群溃决洪水对下游影响的研究

在某实际流域梯级水库群溃决洪水研究的基础上,以流域上七级水库土石坝至一级水库混凝土坝遭遇超标准洪水引起的大坝溃决,利用Mike11数值模拟软件针对水域形态、水位、流量变化有着强大的计算和分析功能,以及通过工程实列的验证——堰塞坝遭遇超标准洪水时,溃决流量和水位变化,研究梯级水库群在流量和水位对下游的影响。     

土石坝水库溃坝洪水非恒定流演进计算应用研究

本文通过对老鹰嘴水库工程土石坝溃坝洪水研究,预测水库大坝溃口发生的过程(如形状、深度、宽度、溃口扩张的速度等),计算溃口出水流量,通过水库库容演算,预测水库溃口过流量的过程线;对大坝在正常蓄水位、大坝校核洪水、大漫顶三种情况下的溃坝洪水,进行了下游河段洪水非恒定流演进计算,分析最不利为大坝漫顶工况,并在大坝漫顶工况下根据不同溃决状态,分别计算出1/4溃决、1/2溃决、全溃决的下游淹没水位、影响范围人口等数据,为制定相应的应急措施提供依据。     

土石坝漫顶溃坝模拟分析计算

本文对土石坝的溃坝模式进行了简述,针对土石坝漫顶溃坝模拟分析的概化数学模型编制了计算程序,并结合大洼水库溃坝的工程实例进行数值模拟,与该工程实例的实测数据进行了比较分析,进一步说明土石坝漫坝计算过程中数学模型与假设对计算结果、精度、风险分析的重要性。     

基于MIKE11的梯级水库群溃决模拟研究

为了对比单个水库大坝溃决时的洪水演进,本文基于MIKE11模拟了3个梯级水库发生溃决的洪水演进情况,设置了3种工况:只溃第1梯级,第2、3梯级漫顶不溃;第1、2梯级同时溃,第3梯级漫顶不溃;第1、2、3梯级同时溃。得到了梯级水库不同溃决方式和过程下的河道流量与水位变化、溃口流量与水位变化,以及洪水演进流量与水位变化,再对比4种计算溃口流量的理论公式。结果表明:在梯级水库中只溃1级的情况下,下游河道的洪峰在一定距离内没有出现衰减,且随着溃坝数的增加,下游河道的洪峰流量也会增加,甚至超过溃口的最大流量,验证了铁道部给出的理论公式更适用于实际大坝溃口流量的理论计算分析。     

土石坝溃决过程数值模拟研究进

土石坝的溃决将对淹没区的人民生命财产带来巨大灾难,因此土石坝溃决过程的研究对溃坝致灾后果的评价具有重要意义。首先对大坝的溃决原因进行了分析,并依据常用的土石坝溃决数学模型的分类标准,着重介绍了土石坝溃决参数模型、土石坝溃决过程简化模型和土石坝溃决过程精细化模型的研究进展,对现有成果的优缺点进行了分析总结,并对今后研究的重点提出了相关建议。     

土石坝溃决过程数值模拟研究进展

土石坝的溃决将对淹没区的人民生命财产带来巨大灾难,因此土石坝溃决过程的研究对溃坝致灾后果的评价具有重要意义。首先对大坝的溃决原因进行了分析,并依据常用的土石坝溃决数学模型的分类标准,着重介绍了土石坝溃决参数模型、土石坝溃决过程简化模型和土石坝溃决过程精细化模型的研究进展,对现有成果的优缺点进行了分析总结,并对今后研究的重点提出了相关建议。     

惠女水库大坝溃决风险分析

大坝风险管理是贯穿于大坝生命全过程的动态管理,而大坝溃决风险分析是大坝风险管理的核心。以惠女水库大坝安全管理为例,对有可能危及水库工程安全的各种因素及可能发生的水库溃坝形式进行分析,引用《溃坝洪水计算大纲范本》的计算公式及理论依据,通过对水库大坝的各种工况进行计算,全面分析惠女水库大坝的溃决风险。     

基于“漫而不溃”理念的新疆小型水库土石坝应对洪水风险新策略

新疆已建、在建山区小型水库149座,其中拦河坝为土石坝的小型水库120余座。近年来,气候变化条件下洪水风险呈更加严峻之势,小型水库采用土石坝坝型的运行与溃坝风险较大。针对泥沙淤积使防洪库容减少、表孔宣泄遭遇枯木树枝堵塞、水库遭遇超标准洪水、坝体年久失修或结构失稳等小型水库土石坝的洪水风险问题,需增加土石坝工程的超泄能力,避免造成溃坝等洪水风险,以增加工程的安全性。以某山区小型水库为例,通过加宽溢洪道、增加底孔泄流、坝体部分溢流、坝体全断面溢流等方案分析,研究了不同组合泄洪形式的可能性,提出了基于“漫而不溃”的土石坝加固理念与措施,以应对气候变化条件下超标准洪水的宣泄,可供类似工程设计参考。     

土石坝漫顶破坏溃口发展数值模型研究

我国已溃决土石坝中由于漫顶破坏而造成的比例高达50%以上,因此,开展土石坝漫顶溃决机理和溃口发展过程研究,正确预测溃口流量过程线及溃坝致灾后果很有必要.本文首先根据现场溃坝调查资料和大型溃坝试验结果,研究分析了土石坝的溃决机理和溃决过程,在此基础上提出了一个描述土石坝漫顶破坏溃口发展过程的数值模型.该模型采用高速水流泥沙输移公式来计算溃坝水流对溃口纵横向的连续冲蚀;采用溃口边坡稳定性分析来模拟边坡失稳坍塌所引起的间歇性横向扩展;通过楔块体力的平衡计算来模拟坝体突发性崩塌所引起的溃口增大现象;通过下游坝体冲槽和坝顶溃口流量平衡来建立两者发展过程的相互影响.最后利用该模型计算分析了板桥水库土石坝发生漫顶溃决的溃口发展过程及溃口流量过程线,模拟结果与实测资料基本一致,从而证实了该模型的合理性.     

对两种非常泄洪设施的评述

本文针对全国已建数万座水库存在的实际情况,从保证大坝安全着想,分别对自溃式非常溢洪道和过水土石坝进行了评述。叙述了自溃坝的规模,型式、溃决过程、溃决速率和启用标准以及过水土石坝的经济效益、技术措施等。对沥青护面过水土石坝在这里也作了介绍。建议推广应用自溃式非常溢洪道作为已建或新建工程的非常泄洪措施,建议在中小型工程中,在没有修建岸边溢洪道合适的地质地形条件时,或者在修建岸边溢洪道工程量过大时可考虑选用过水土石坝而不修岸边溢洪道。     

苗尾水电站施工期溃堰洪水计算分析

苗尾水电站施工期临时围堰挡水度汛期间,若因上游超标洪水导致围堰溃决,将引起围堰库区水体骤然下泄,形成较大溃坝洪峰向下游传播,严重威胁下游两岸村镇及功果桥梯级电站的安全。根据溃坝洪水传播和运动的特点,建立了一个包括围堰溃决过程和洪水演进的溃堰洪水数学模型。利用该模型,合理假定围堰溃决模式,拟定不同的计算方案,对苗尾水电站施工期围堰溃决及溃堰洪水演进过程进行了模拟计算。通过模型计算可以得到各特征断面的最高水位和最大流量值,并可以得到溃堰洪水传至各特征断面的演进时间。因此,可以利用溃堰洪水数学模型,为围堰溃决时下游河道两岸的洪灾分析及溃堰应急预案制定提供科学依据。     

梯级水库溃坝洪水对下游城市的淹没过程分析

溃坝洪水的演进过程及其对下游城市的淹没影响是大坝安全的重要研究内容之一。以我国南方某山区河流为例,采用数值计算方法,针对该流域上并(串)联的4座水库在多种溃坝模式下,对下游城市的淹没过程进行了计算和讨论分析。研究结果表明溃坝洪水在下游城市的淹没速度和最大淹没面积主要与最大溃坝流量相关,即与溃坝水头和溃口大小相关;最大淹没面积的达到时间主要与城市与水库间的行洪距离有关。梯级水库发生连溃时,溃坝洪水对下游城市的淹没速度和淹没面积都较单个水库溃坝更加严重,不过连溃洪水在下游城市呈现淹没快、退水也快的特征。城市洪水的淹没历时主要与溃坝水库的容积相关,与最大溃坝流量的关系不大。     

基于地理信息系统的一维溃坝洪水分析系统研发及应用

为快速、便捷地进行溃坝洪水风险分析计算,采用自主研发的地理信息系统（GIS）平台结合溃口计算模型和溃坝洪水演进模型开发了一维溃坝洪水分析系统。在本系统中,溃口模型能够处理瞬时完全溃决、瞬时部分溃决和逐渐溃决3种情形;溃坝洪水演进模型采用能够自动捕捉激波和处理各种复杂流态的HLL格式建立;模型计算所需的断面信息、参数设置以及计算结果的展示等均通过该系统平台完成。通过Malpasset溃坝算例对系统进行检验,结果表明系统各模块运行正常,满足预期指标要求。利用该系统对湖北省咸宁市鹅公颈水库副坝溃决情况进行分析,所得结果合理、可靠,可为防洪决策部门提供有价值的参考信息。     

特高坝及其梯级水库群设计安全标准研究Ⅱ:高土石坝坝坡稳定安全系数标准

我国现行土石坝规范规定1级土石坝坝坡抗滑稳定安全系数为1.5,相应的目标可靠指标为4.2,但同时明确这一标准仅适用于低于200 m的土石坝。本文提出"相对安全率"的概念,把可靠指标和安全系数置于同一平台进行安全水平的关联比较。通过对已建和规划建设高度大于200 m的实际工程进行分析论证,结果表明,对于正常工况,本系列论文第Ⅰ部分建议的200~250 m高土石坝坝坡目标可靠指标取4.45,250 m以上的高土石坝取4.7,可以和坝坡抗滑稳定最小安全系数为1.6和1.7处于同一风险控制标准。这一研究成果可作为规范修订的参考和依据。