凌汛期堤防漫顶溃口破坏规律断面模型试验Ⅰ:黏性土堤

凌汛期河道存在大量冰凌,导致河流壅塞、水位上涨,对堤防安全造成了严重隐患。为了探究凌汛期黏性土堤的漫顶溃口破坏规律,建立了室内水槽物理模型,模拟了冰凌条件下的堤防漫顶破坏,通过改变堤身含水率和河道流量,分析了冰凌条件下溃堤时的溃口破坏形式、溃口发展过程和水位变化过程。结果表明:溃堤过程中冰凌挤压对堤体的破坏作用明显,堤身含水率和河道流量对溃堤过程有显著的影响;与洪水条件相比,冰凌条件下溃堤时溃口前期发展较为缓慢,而中、后期较为强烈;冰凌条件下的堤前水位峰值要高于洪水条件。     

冻土条件下均质土堤漫顶溃决试验研究

为了研究冻土条件下的溃堤机理,开展了弯道水槽概化模型试验。基于结构光的三维成像原理,提出了一种无干扰全方位的实时溃口三维参数测量方法,并结合温度传感器监测堤内温度变化,研究了冻土条件下均质土堤漫顶溃决过程中溃口形态的演变规律和溃决区域的水位、流速、流量变化特性。依据试验中溃口冲蚀特点,将溃堤过程划分为渗透过流、堤后冲蚀、横向展宽、冲淤平衡4个阶段,黏性土堤和非黏性土堤第2阶段、第3阶段分别以陡坎冲蚀和失稳坍塌为主要特征,且黏性土堤会出现明显的陡坎合并现象。试验结果还表明:冻结后土体间隙的冰晶体与土颗粒相互胶结,土体的黏聚力增大,溃口扩展速率及溃决区域的水位、流速变化率均减小,且黏性土堤受冻土深度的影响更加明显;冻土条件下堤防背水侧与堤顶的连接处薄弱易溃,应加强维护,且一旦溃堤应优先对临水侧进行封堵。     

江西抚河唱凯堤溃堤调研及原因分析

2010年6月21日,江西抚河唱凯堤溃决,导致抚河下游84.2 km2面积被淹,损失严重。通过现场调研,对唱凯堤溃口过程、水位、流量、溃口宽度、淹没范围、溃口堤防断面等资料进行收集,分析得出发生超历史洪水、堤身及堤基土质差、决口处所处位置是唱凯堤溃堤的主要原因。     

考虑漫溢过程的一维堤防溃决分洪计算研究

以平原河道梁济运河为例,考虑漫溢过程进行河道堤防溃决分洪计算。对于由缺口漫溢演变为溃堤的堤防溃决,简化为先漫溢、后溃堤的两阶段溃决过程,河道洪水演进采用MIKE11一维水动力模型,溃决分洪按侧堰自由出流计算。在既定的水力条件及假定溃口尺寸条件下,计算漫溢、漫溃、瞬溃等3种溃决形式的分洪流量、水位过程,相对于一阶段的瞬溃方案,二阶段的漫溃方案的溃决分洪水量较大、溃决时间较长,较符合河道堤防溃决发展过程。     

尾矿库漫顶溃决动态演化及溃口展宽模型试验

为研究尾矿库漫顶溃决动态演化过程与溃口发展机理及规律,通过3组相似模型试验,对溃口展宽过程和演变机理进行了系统分析,提出了尾矿坝漫顶模式下溃口展宽速率的幂函数公式,并讨论了库水位上升阶段浸润线的变化过程及溃决阶段不同浸润线埋深条件下流速、流量、溃口宽度的变化过程。研究结果表明：尾矿坝的溃决过程可分为坝面漫流与冲沟形成、坝体崩塌与溃口快速扩张及稳定泄流3个阶段;浸润线埋深对流量、流速及溃口最终宽度有较大影响,排渗失效时峰值流量及溃口最终宽度接近正常排渗时的1.5倍,峰值流速可达1.2～1.3倍;降低浸润线高度可以延缓溃决泥石流到达下游的时间,紧急撤离时间也可延长3 min左右;提出的幂函数公式计算值与实测值吻合较好。     

防洪保护区洪水风险图编制中堤防溃口设置方案探讨

防洪保护区堤防溃口设置方案是开展洪水风险图编制工作的重要依据条件。为提高洪水风险图编制成果质量,对洪水风险图编制过程中河道险工险段、砂基砂堤、穿堤建筑物、堤防溃决后洪灾损失、河道洪水流量、流速变化等因素对溃口设置方案的影响进行分析,并提出防洪保护区洪水风险图编制的堤防溃口位置选择、溃口宽度、溃决形式分析的确定方法。     

瞬溃条件下不同溃决形式的溃口水力特性研究

以混凝土坝瞬间溃决为研究基础,分析了混凝土坝溃决时的溃口特征,比较研究了溃口横向溃决和垂向溃决时的溃口及大坝上、下游的水力学特征。结果表明:横向溃决和垂向溃决随着溃口面积的增大,溃口流量、流速和上、下游水位在最大值与变化趋势上都有明显的不同。在溃口面积相等的条件下,横向局部溃决比垂向局部溃决具有更大的溃口峰值流量和溃口流速,上、下游水位变化也更加突出,即横向溃决比垂向溃决具有更大的危害;溃口面积较小时,这种差别更明显。     

黑龙江干流同抚大堤八岔段溃堤情况及原因分析

2013年8月23日,黑龙江干流同抚大堤八岔段溃决,导致下游约100万亩耕地被淹,损失严重。通过现场调研,对八岔乡段堤防溃口过程、水位、溃口宽度、淹没范围、溃口堤防断面等资料进行收集,初步分析得出发生超历史洪水、堤身及堤基土质差且存在薄弱环节、堤身表面受涌浪和雨水直接冲刷、决口处所处位置是同江大堤八岔段堤防溃口的主要原因。     

HEC-RAS软件在珠江三角洲河道溃堤洪水模拟中的应用

运用HEC-RAS软件构建珠江三角洲一维河网非稳定流水动力模型,利用该模型与侧向水工结构溃坝模块(Lateral Structure Breach),进行湖涌停车场所在佛山市罗格围的溃堤模拟计算。得到不同溃口宽度、溃口修复时间等条件下溃口处的流量过程、外江水位过程、围内水位过程。实例结果表明,溃口宽度是影响围内设计水位的重要因素,当溃口宽度达某一值时,围内设计水位将趋于稳定。基于HEC-RAS的溃堤模型可与当地防汛抢险相结合进行溃堤影响分析,可为珠江三角洲堤围内停车场设计提供可靠的技术支持,供借鉴。     

堤防弯道决口逐渐溃决三维数值模拟

针对堤防弯道溃决溃口全过程扩展规律及溃口水流水力学特性难以获取的问题,基于FLOW-3D软件,采用RNG k-ε湍流模型和泥沙模型,建立堤防弯道逐渐决口三维数值模型,模拟水槽内弯道的溃决过程,室内试验验证了所建立的逐渐溃决模型具有较好的精度与可靠性,并对某实际堤防弯道决口进行数值模拟计算。结果显示：位于诱导溃口的背水坡侧最先溃决,溃口呈V形向临水坡堤脚线发展,且每当溃口发展到地基后,溃口呈倒梯形横向展宽;在垂直溃决水流方向,溃口处的水深在溃口处呈两侧高、中部略低的波浪形,溃口处的流速中部快两侧慢,在平行溃决水流方向,水深沿溃决水流方向逐渐降低,水面线随时间逐渐平缓;流速变化规律为溃口下游50～100 m范围流速最大,最大流速的出现位置随着溃决时间沿水流方向推移。     

HEC-RAS软件在珠江三角洲河道溃堤洪水模拟中的应用

运用HEC-RAS软件构建珠江三角洲一维河网非稳定流水动力模型,利用该模型与侧向水工结构溃坝模块(Lateral Structure Breach),进行湖涌停车场所在佛山市罗格围的溃堤模拟计算。得到不同溃口宽度、溃口修复时间等条件下溃口处的流量过程、外江水位过程、围内水位过程。实例结果表明,溃口宽度是影响围内设计水位的重要因素,当溃口宽度达某一值时,围内设计水位将趋于稳定。基于HEC-RAS的溃堤模型可与当地防汛抢险相结合进行溃堤影响分析,可为珠江三角洲堤围内停车场设计提供可靠的技术支持,供借鉴。     

防洪保护区溃堤洪水模拟分析

为降低堤防溃决造成的重大生命财产损失,基于MIKE软件建立东鱼河南片(苏)防洪保护区一、二维水动力耦合模型,沿复新河堤防设置溃口1和溃口2,模拟复新河遭遇20 a一遇和50 a一遇洪水以及同频率暴雨下单个溃口的溃堤洪水在防洪保护区内的演进。对溃口流量过程、洪水演进图、最大淹没水深图进行分析,结果表明:随着溃堤洪水量级增大,淹没程度提高;同频率来水条件下,位于地势较低处的溃口1产生洪水的风险更大,是防洪的重点。     

渐变溃口下的河道溃堤分流数值模拟计算

随着数值模拟方法的不断深入发展,建立一维水动力模型对河道进行数值模拟,可以得到良好的计算效果。将渐溃堤坝与一维模型进行耦联,形成了河道溃堤分流模型。对于单一河道非恒定流水力模型,采用Preissmann四点隐式差分格式进行离散,溃堤按逐渐溃决计算,将堤坝溃口模拟为梯形,溃决过程中溃口随时间线性增大。将建立的河道溃堤分流模型应用于宁夏西干渠,对西干渠银川段堤防溃决开展数值模拟,结果显示:模型具有较强的适用性,并能够很好地处理河道堤坝溃决的计算,可以为防汛抗旱工作提供数据支撑。     

考虑溃口展宽的溃堤水流泥沙数值模拟

该文在已有平面二维非恒定、非均匀沙不平衡悬移质泥沙数学模型模拟溃堤变化过程的基础上,考虑了溃口横向展宽和崩塌过程的模拟,对堤防溃口稳定性进行分析时,借鉴了Darby提出的分析黏性土河岸稳定性的方法,建立了一种能够模拟堤防溃口展宽和刷深的混合数学模型。通过对概化地形的计算,结果表明该模型能较好地模拟堤防溃口展宽、崩塌、刷深以及溃口附近冲刷坑的发展变化过程,为溃堤后堵口方案的制定提供技术支持。     

九江市长江干堤溃口复堤工程设计

本文全面阐述了溃口复堤段地形、地质条件、堤防现状,溃口复堤方案,堤线布置,堤型选择,堤基处理,安全监测等设计原则,分析计算成果。并根据1999年汛期(最高水位22.43m,居历史记录第二)监测资料,对溃口复堤防渗工程的防渗效果作了定性和定量分析。     

鄂北地区水资源配置工程夹河套段倒虹吸防护研究

针对鄂北地区水资源配置工程的唐白河夹河套段倒虹吸工程防护问题,建立了唐河、白河一维及夹河套区域二维水动力学耦合模型,综合考虑溃堤和漫堤等多种极端不利因素,计算分析了不同设计洪水标准下唐河和白河堤防溃决、漫溢等条件下的洪水影响范围及程度。选择最不利方案进行了无防护和有防护等不同情况下的物理模型冲刷试验,研究溃漫堤洪水对工程线路的冲刷影响。数学模型计算成果表明:溃堤洪水大流速主要分布在溃口附近区域,溃口位于工程线路附近时对工程的冲刷影响较严重。综合数学模型计算和物理模型试验结果,根据格栅石笼的冲刷变形程度及范围、冲刷坑范围及抗冲流速影响范围,确定了工程沿线不同的防护等级与范围,为夹河套倒虹吸工程防护方案设计提供支撑和依据。     

考虑水沙相互作用的河堤溃决二维数值模型

该文建立了洪水漫堤导致河堤溃决的平面二维水沙运动数值模型,以模拟溃口扩展和堤身冲刷的过程。该模型基于有限体积法、采用显式格式求解平面二维水流运动和非平衡全沙泥沙输移方程,并考虑了边坡崩塌、底床急剧变形以及高浓度泥沙输移对水流运动的影响。溃口处的混合流场采用HLL approxim ate Riemann solver处理,非黏性土溃口边坡的崩塌采用不同干、湿静止角处理。通过对英国HR Wallingford实验室一组实验的计算,结果表明该模型能较好地模拟非黏性土堤坝溃决过程中的溃口展宽、坝体冲刷、流场分布以及溃口流量过程线。对模型参数的敏感性分析显示了水沙耦合溃决模型的非线性特征。     

黄河宁夏段漫溃堤洪水耦合模型及风险评估

河道持续的高水位和长历时洪水增大了堤防漫溢及溃决的风险,溃堤洪水不确定性强,一旦溃堤,威胁巨大,因此开展溃漫堤洪水风险分析是防洪实时管理的必然要求。使用侧向链接构建了河道及保护区一维-二维耦合模型,综合考虑青铜峡水库的影响,更真实地模拟了黄河宁夏段下河沿至石嘴山河段100年一遇设计洪水下的溃漫堤洪水过程,同时基于GIS平台进行溃漫堤洪水灾情评估得到量化的洪灾损失指标,为经济建设者和洪水管理者制定合理的洪水预案提供参考。     

黄河下游右岸堤防典型段溃决过程研究

结合历史溃口、河防工程、河势影响和社会经济生态影响等情况,选择高村和胡家岸作为黄河下游堤防右岸典型段溃口位置,建立平面二维溃堤模型,对溃口溃决过程进行模拟,分别采用高村和艾山水文站1982年型近1 000 a一遇洪水过程作为进口流量,对典型河段溃堤过程中洪水演进、溃口冲深和展宽、横断面发展等进行分析,重点研究了溃口口门发展过程及分洪流量过程。计算结果表明:高村、胡家岸溃口最终宽度分别为900、720 m,分流比分布分别经过2、3 d之后达到稳定,为80%和75%。     

超标洪水长时间作用下的堤防失稳分析

针对某农场堤防在2013年发生的溃堤事故,建立原设计参数条件下堤防稳定分析模型,采取刚体极限平衡法探讨了超标洪水长时间作用下堤防失稳原因。同时分析了灾后重建堤防在不同水位工况条件下的稳定性。研究结果表明,该堤防在2013年发生溃堤的主要原因是在超标洪水长时间作用下堤身浸润线提升,从而导致堤身材料物理力学性质弱化,使得堤防发生溃堤;重建后堤防在各种工况下整体稳定性均较好。