二维溃坝洪水计算方法在洪水风险图编制中的应用

洪水风险图是防汛保安的非工程措施.对建有水库地区采用二维溃坝洪水计算方法进行流场仿真计算,对其影响范围及程度进行预测,并在此基础上制作洪水风险图,更为科学、合理.     

水库洪水风险图的制作

制作水库洪水风险图，要进行水库校核洪水淹没计算和水库溃坝洪水淹没计算，然后对洪水淹没损失进行评估，最后采用地形素图绘制成洪水风险图，并完成编制说明     

基于HEC-RAS及HEC-GeoRAS的溃坝洪水分析

洪水漫顶、渗漏等原因引起的垮坝失事,将会给下游人民带来巨大的生命财产损失,因此,对溃坝洪水引起的淹没范围的准确预测至关重要。通过对大渡河上22座梯级水电站进行对比分析,选定长河坝电站水库大坝为研究对象,分析洪水漫顶引起的长河坝溃坝,及由其引起的下游黄金坪、泸定水电站的连续溃坝对泸定县的淹没范围。首先利用HEC-GeoRAS和Google地球提取研究区域的地形数据,然后将建好的模型导入到一维溃坝洪水计算工具HEC-RAS中进行溃坝洪水演进模拟,最后通过HEC-GeoRAS分析研究区域的洪水淹没范围及流速分布。结果表明:由长河坝溃坝引起的下游泸定县的洪水淹没范围为左右岸平均漫堤宽度约200 m,已经淹没到了城区;从流速分布图得出河道中心的流速均较大,最大流速为16.217 m/s。研究结果可为洪水风险图的制作及防洪决策提供一定的技术支持。     

HEC-RAS模型在二维溃坝洪水研究中的应用

为准确模拟大坝失事后溃坝洪水的下游演进,运用HEC-RAS二维水动力学模型,修正面板坝溃口发展曲线,设计两种闸门开度的小井沟面板坝漫顶溃坝工况,模拟水库泄洪影响下溃坝洪水的下游演进并生成相应的洪水风险图、最大流速分布图、滞留时间图。研究结果展现了溃坝洪水在中下游平原丘陵地区的泛滥情况、洪水风险的分布差异以及水库泄洪对溃坝洪水的影响。分析得出不同闸门开度下溃坝洪水在中下游平原丘陵地区的淹没水深和范围差异明显,最大流速和洪水滞留时间区别不大, 说明水库全力泄洪能有效降低溃坝洪水对下游人员聚居的平原地区的危害。研究成果对后续的人员疏散和损失估计具有重要参考意义。     

基于一二维耦合技术的溃坝洪水模拟研究

以印度尼西亚巴丹托鲁水电站溃坝洪水模拟为例,对于地形条件复杂的河流,利用MIKE软件基于一二维耦合技术构建溃坝洪水计算模型,对拟定的溃坝工况进行数值模拟。建立的溃坝洪水一二维耦合模型适用于不规则计算域和地形,通过引入了新的动态耦合技术,避免了采用单一模型时遇到的计算效率、网格精度和准确性方面的问题。通过数值模拟得到了溃口流量过程和下游海滩地区洪水演进过程,并对下游敏感区域进行淹没影响分析。模拟成果为水电站工程设计、溃坝洪水风险分析和灾害损失评估提供了技术支撑。     

一二维联解溃坝洪水数学模型应用研究

在前人研究成果的基础上,建立了一个包括上游库区洪水演进、溃坝过程和下游淹没影响区洪水演进的溃坝数学模型,并采用经验公式和实验结果分别对溃口流量和二维渍坝洪水传播进行了验证。利用所建模型对某水库溃坝洪水演进过程进行了模拟,结论表明所建溃坝洪水模型能较好的模拟洪水从库尾向坝址的传播以及溃坝洪水在下游淹没影响区的演进过程,可以用于实际工程计算。     

梯级水库溃坝洪水模拟

为充分利用水能资源和实现流域水资源的综合调控,我国在众多河流上进行了梯级开发,因此,对梯级水库大坝群的溃坝洪水风险开展研究具有重大意义。结合贵阳松柏山、花溪梯级水库实际工程状况,在假设梯级水库大坝出现溃坝事件时,以河道溃坝数学模型进行溃坝洪水演进模拟分析,获得上游松柏山水库溃坝、花溪水库库区及其下游风险区域的水位变化过程。结合数学模型计算成果,分析了梯级水库群不同水位组合溃坝洪水对下游的影响。     

山丘区水库溃坝洪水数值模拟研究

以山东省利用亚行贷款地下水漏斗区域综合治理示范工程昌乐县南寨水库增容工程为背景,结合山丘区水库特点,分析计算确定大坝溃口位置、溃口宽度及溃坝流量过程,采用Mike 21水动力模块对溃坝后洪水在下游河道演进过程进行数值模拟,提取洪水到达历时、淹没水深和淹没范围等基本要素;并运用GIS技术,绘制不同时刻溃坝洪水的淹没范围、淹没水深图等成果。     

极端条件下堆石坝溃坝风险及应急预案

考虑洪水漫顶条件下的溃决模式,拟定汛限水位、校核洪水位与校核洪水流量、多年平均入库流量的极端组合方式,采用DB-IWHR模型计算堆石坝溃坝洪水过程;利用MIKE 21模拟洪水演进过程,取支流历史最大洪水过程并使其与干支流洪峰遭遇,评估洪水对下游的淹没风险。以涔天河大坝为例,根据库容、堆石材料参数等确定不同入库洪水组合方式及坝体侵蚀特性,结果表明:构建的溃坝及洪水演进模型能较好模拟溃坝过程及溃坝洪水对下游的淹没风险特征。最后提出库坝安全运行建议,并制定避洪转移预案。     

察尔森水库溃坝洪水模拟计算

采用经验公式法对察尔森水库溃坝洪水进行模拟计算,根据大坝可能出现的溃坝风险,模拟了大坝溃决后保护区内洪水的演进过程,模拟的计算结果提供了淹没水深、淹没范围等洪水风险信息,为察尔森水库防洪风险管理提供了依据。     

溃坝洪水研究进展

溃坝洪水研究的目的是计算溃决坝址的流量、水位过程线,并向下游作洪水演进得到沿程的流量、流速、水位、波前与洪峰的到达时间,评估下游洪水淹没损失情况,以便于采取措施,降低洪水风险。从溃坝水流理论研究、溃坝问题的试验研究、溃坝模拟及洪水在下游演进这3个方面对溃坝洪水研究进行了综述,回顾和总结了国内外溃坝洪水研究的发展历程、已取得的成果和近些年的进展,提出了将来要研究的重点,并对研究前景进行了展望。目前溃坝理论的数值求解发展迅速,由试验提出了溃坝机理,研究不断模型化;但高强输沙理论未建立,溃口冲刷过程未能准确表达,对梯级溃坝和冰湖溃决洪水研究较少。今后应加强溃坝水流理论研究,开展大尺度、多库溃坝模型试验研究,积极做好梯级溃坝和冰湖溃决洪水模拟,进一步建立快捷可靠的区域溃坝洪水预报系统。     

BREACH模型与MIKE21模型在溃坝风险中的耦合分析

BREACH模型常用来模拟水库大坝漫顶及管涌溃坝模式并获取溃口流量与时间关系,MIKE21模型常用来模拟湖泊、河口、海湾等二维水动力学并获取洪泛区内洪水风险信息要素,两大模型耦合分析在保障水库大坝安全运行及风险管理方面发挥了积极作用。以BREACH模型模拟溃口流量动态数据过程与溃口演变尺寸为基础,通过ArcGIS预处理地形文件、工程建筑物参数与水文数据,构建MIKE21二维水动力学模型并计算网格差值空间,利用Flow Model模块生成溃坝洪水模拟文件,采用判别溃口流量差值是否满足精度要求的迭代法来耦合两大模型,最终结合所要分析水库大坝的工程概况,计算不同风险情况下的水库大坝溃坝洪水淹没水深与范围,进而模拟溃坝洪水演进过程。该方法已成功应用于郑州常庄水库风险分析,结果表明,该方法能客观反映溃坝洪水行洪情况,使用方便,为水库大坝运行管理与应急处置提供了一定的技术支持。     

基于格子玻尔兹曼法的三维溃坝流数值模拟与验证

溃坝问题一直是验证数值模拟方法有效性的经典问题。利用基于格子玻尔兹曼离散方法研发的XFlow软件来模拟三维溃坝问题,以此验证其有效性并提出进一步的改进方向。为了对比前人所做的实验和模拟结果,计算了无障碍三维溃坝流相应监测点的压力、水位等要素,得到了水流演进过程,并提出了用增强固壁函数法处理固壁边界以增强计算的稳定性,另外还考虑了有矩形障碍物的三维溃坝问题。研究结果表明：该方法能捕捉到某一时间点的自由液面,相关数据计算结果准确,且无需划分网格,能减少工作量,但结果稳定性较差,合理运用边界处理方法能有效解决这一问题。     

浯溪口水利枢纽溃坝洪水模拟

浯溪口水利枢纽位于昌江干流中游,是一座以防洪为主的水利工程,其溃坝洪水研究对于下游景德镇市防洪风险管理具有十分重要的意义.应用TELEMAC-2D建立了浯溪口水利枢纽二维溃坝洪水演进数学模型.模型模拟范围以60 m等高线为界,坝址为上游边界,下游出口距坝址62 km.模型采用非结构化三角形网格划分,局部加密.应用昌江河水面线和樟树坑水位流量过程线的实测值对模型合理性进行了验证,模型计算值与实测值基本吻合,说明TELEMAC-2D能较好地模拟河流洪水演进.进而取用不同入库洪水重现期在漫顶溃坝情况下的溃决流量过程作为洪水演进的上游边界条件,模拟计算出不同溃坝流量下浯溪口大坝下游洪水水力特性参数(水深、流量和淹没范围等),为浯溪口溃坝风险图绘制及大坝下游城市防洪管理提供了科学依据.     

考虑致灾后果的溃坝洪水风险评估与等级划分

针对溃坝洪水风险受环境-荷载-人多种因素影响的不确定性,将不同洪水要素(水深、流速)联合考虑,分析洪水致灾的危险性。运用HEC-RAS二维水动力学模型和地理信息系统(GIS)空间分析技术,模拟溃坝洪水演进过程,从洪水到达时间、淹没范围等维度分析承载体的暴露度。针对人口分布与地理位置特征,基于人体失稳试验数据的统计规律、建筑物损毁标准进行承灾体脆弱性分析,提出基于灾害系统理论的溃坝洪水风险分析方法和溃坝洪水风险等级划分标准。可用于评估水库大坝失事风险,划分溃坝淹没区人口风险等级,为水库大坝突发事件应急救助和人口转移提供技术支持。     

江西抚河2010年唱凯堤溃堤洪水模拟反演分析

本文在中国水利水电科学研究院洪涝仿真模型（IWHR-FRAS）的基础上,针对溃堤洪水利用基于共轭离散单元的有限体积法求解考虑了水流惯性项和摩阻项的完全圣维南方程组,并建立江西抚河2010年唱凯堤溃堤洪水的模拟演算模型,进行了溃堤及洪水发展过程的模拟反演。结合溃堤后现场考察的实测资料,对反演结果进行了分析,结果表明：所建立的唱凯堤溃堤洪水模拟模型可以较好地模拟反演溃堤、修复及排水等因素影响下洪水的发展变化过程;计算的溃口流量过程与堤内外的水位变化过程相一致;溃堤后唱凯堤内的水量变化过程比较合理,与实际情况也相吻合;计算的洪痕处水深与现场观测到的洪痕水深值比较接近。模型基本能够模拟反演人工修复等因素影响下溃堤洪水的演进变化过程,可为溃堤发生后的防洪、抢险、救灾等工作的开展提供重要的技术参考。     

Risk assessment of a dam-break using GIS technology.

Flood disasters cause massive loss of human lives and immense damage to the infrastructure and economic activities, not only in Turkey but also all over the world. Governments consider several long-term and short-term precautions for flood control. The numerical simulation of dam-break problems could be accomplished with geographic information systems and innovation maps. Spread of the flood wave after a dam break can be predicted using these enabling technologies. This kind of advanced modelling technology is becoming an inevitable tool for the decision-making process. Data produced by GIS are used as initial values for FLDWAV. ArcView GIS has been used to produce a Digital Elevation Model and visualization of dam-break effects and propagation of a possible flood wave. Using GIS techniques and hydrologic modelling software, possible effects and damage of a dam-break flood have been investigated and results were simulated to show significant dam break effects on the region.     

韩江南北堤防洪保护区溃坝洪水演进数值模拟研究

洪水分析计算是洪水风险图编制的基础。基于一维、二维水力学耦合模型,建立了韩江南北堤防洪保护区溃坝洪水演进数学模型,分析探讨了韩江南北堤瞬溃后溃口流量水位关系、主要地物特征点的水位和流速变化以及洪水演进过程。结果表明:溃口峰值流量出现在溃坝瞬间,随外江水位下降,溃口流量减小,至溃坝99 h后基本为0。湘桥区距溃口最近,受洪水破坏最严重,最大流速值超过1. 3 m/s。云路镇、登岗镇和湘桥区由于地势较低,最大淹没水深普遍在2 m以上。