土石坝洪水漫顶模糊风险分析

基于大坝漫顶风险分析理论,建立漫顶失事模糊风险模型,并以新疆玛纳斯河夹河子水库为例,对其土石坝洪水漫顶模糊风险进行评估。得出主要结论,该水库大坝平均漫顶失事模糊风险率为5．02×10^-3,超过了我国大坝风险评价标准。综合评定该大坝的洪水漫顶破坏风险较大。     

两变量防洪风险模型研究

针对传统设计洪水过程线推求方法所存在的局限性,采用Copula函数建立洪峰和洪量的两变量联合分布,对洪峰和洪量设计值进行联合随机模拟,同时根据随机模拟值与实测洪水过程特征量的相似性来选择典型洪水过程,并基于多变量重现期,建立了两变量防洪风险分析模型。以清江流域隔河岩水库为例,分析不同汛限水位对应的极限风险率和漫坝风险率。研究结果表明：① 隔河岩水库汛期运行水位可确定为193.6m,在预报长江将发生大洪水时,可将水位提前降低至192.2m,不会增加水库的防洪风险;② 当汛限水位继续抬高至194.0m时,尽管极限风险率变化不大,但漫坝风险率成倍增加。所提出的模型可以充分考虑洪水过程的随机性和不确定性,可为流域水库的防洪设计和安全运行提供参考。     

土坝风险分析方法及应用

针对坝坡失稳、渗透破坏和洪水漫顶3种溃坝失事的风险分析问题,利用全概率公式建立了考虑库水位随机变化的坝坡失稳和渗透破坏风险数学模型,利用皮尔逊Ⅲ型曲线建立了超标洪水漫顶风险分析模型,提出了将风险积分式离散后用Monte-Carlo法计算的求解方法。某土坝风险分析结果表明:坝坡稳定安全系数总体随库水位的降低而增大,失效概率随库水位的降低而减小,坝坡失稳风险可接受;临界渗透坡降小于某界限值时,坝体渗透失效概率明显增大;超标洪水漫顶风险为2.246%。     

上游大坝溃决对窑里水库校核洪水位影响分析

当某河流存在上游水库比下游水库校核洪水重现期低的情况,在计算下游水库校核水位时,上游水库大多已经超过校核洪水标准,理论上来说将发生漫坝的事件,应考虑上游水库溃坝对下游水库调洪造成的影响.本文以江西省新干县窑里水库为例,在上游小型水库是否溃坝工况下分别推求入库洪水过程,通过调洪演算计算出两种工况下的校核洪水位,得出上游水库溃坝对窑里水库校核洪水位的影响.结果表明:考虑上游溃坝情况下窑里水库校核洪水位比不溃坝时要高0.36m,在工程设计、安全鉴定复核时应注意其影响.     

桃曲坡水库除险加固后漫坝风险研究

运用漫坝风险分析理论和风险评价标准,结合桃曲坡水库除险加固工程,考虑影响漫坝的洪水、风浪、库容、泄水能力等不确定性因素,建立了桃曲坡水库大坝在洪水与风浪联合作用下的漫坝风险模型,计算了大坝在洪水与风浪联合作用下的漫坝风险及安全可靠度.结果表明,漫坝风险值均小于漫坝安全评定标准,大坝安全.研究成果可为水库管理部门提供科学依据,并为充分发挥桃曲坡水库的防洪兴利效益提供技术支撑.     

土石坝漫顶失事模糊随机风险分析

目前极端气候频发,土石坝漫顶失事事件时有发生。本文针对超标准洪水作用下土石坝漫顶失事事件发生问题,研究了随机风险率计算的蒙特卡罗方法,筒述了其求解过程,并利用可靠度的知识,引入模糊因子来对漫顶失事的模糊随机风险进行建模分析。结果表明,该思路可行。随着超高临界值Z的增大,对降低土石坝漫顶破坏风险率的改善效果明显。从其安全判别分析方法和预测结果来看,该方法判别正确率较高,从而可以较科学地指导土石坝漫顶失事随机风险分析模型,有效减少土石坝漫顶失事事件的发生。     

突发洪水时山区中小水库漫坝风险的极大熵分析

水库漫坝事故是大坝失事的常见情形,分析水库漫坝的风险在水库漫坝预测中十分重要。基于突发洪水时水库漫坝风险的特征分析,定义一种水库漫坝极限状态函数,构建突发洪水漫坝极限状态风险的极大熵模型,以确定漫坝风险的概率密度函数。采用BP神经网络方法,对水库漫坝极限状态函数进行拟合,结合二次四阶矩法计算水库漫坝风险的概率密度函数,给出求解水库漫坝风险概率的算法步骤,进一步计算出水库漫坝风险的概率值,为水库漫坝的预测和防范提供科学依据。最后,通过一座山区小型水库实例计算分析,表明这种极大熵法的结果与其他分析方法的结果非常接近,且计算效率较高。     

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。     

考虑地震与溃坝洪水共同作用的土石坝坝坡稳定分析方法

地震与洪水作用是影响土石坝坝坡稳定的主要因素,在梯级水库中,上游溃坝洪水的影响尤为显著。以上一梯级溃坝洪水引起的坝前水位变化模拟洪水作用,提出在毕肖普法基础上,考虑坝体材料变异系数,大坝遭遇上游溃坝洪水与地震共同作用时的坝坡稳定分析方法。以"卜寺沟-双江口"两梯级为例,假定卜寺沟发生溃坝,进行下游梯级"双江口"下游坝坡稳定的可靠度风险分析。计算结果表明,双江口在遭遇上游溃坝洪水和地震的极端情况下,下游坝坡失效概率为1.571×10~(-6),对应的可靠度指标为4.667,满足规范对I级建筑物发生二类破坏的要求。     

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。     

大坝防洪安全的评估和校核

洪水漫坝风险失事，是影响大坝安全的主要原因之一。本文寻求一种既能反映大坝防洪系统随机性和模糊性，又能合理描述大坝防洪能力的风险模型，以实现对大坝防洪能力的定量化，进而为已建大坝和待建大坝的防洪安全评估和校核创造条件。     

土坝溃决跌坎水流水动力特性数值模拟

黏性土坝漫顶溃决涉及多学科交叉,过程极其复杂,尽管国内外大量物理模型试验成果表明其溃决多以“跌坎式”溯源冲蚀为主要特征,然而对该冲蚀发展形式下的水流-坝体微观作用机制尚不清晰。水流作为漫顶溃决的冲刷主动力,对坝体溃决发展起着主导性作用,采用RNG k-ε紊流模型和VOF自由液面捕捉技术针对黏性土坝漫顶溃决代表性水流结构——溃决跌坎水流开展了三维数值模拟研究,对跌坎水流的水流结构、流态、水力特性指标等进行了细致分析,揭示了不同工况下坝体跌坎上的剪切应力、流速分布规律,进而从水动力学的角度对坝面进行受力分析,初步推断了黏性土坝漫顶溃决过程中各级跌坎的主要合并方式为“台阶水平面刷深下切”。研究成果为进一步掌握黏性土坝漫顶溃决发展演变机理提供了理论基础。     

土石坝漫顶溃决过程数值模拟研究

针对水动力条件变化复杂、水土耦合作用强烈的土石坝溃决过程,结合水库调洪演算、清水冲刷以及溃口冲刷侵蚀机理,在Breach模型基础上建立了土石坝漫顶溃口流量过程计算物理模型。结果表明:模型对JP水库大坝溃决过程的模拟,很好地再现了溃决洪水流量过程线、溃口展宽和下切过程,验证了模型的合理性和应用潜力。     

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。     

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.     

近期我国土石坝溃决或出险事故及其启示

受极端气候影响,近年来溃坝和出险事故时有发生,一些规律性趋势逐渐清晰,对超标准洪水影响、土石坝漫而不溃、应急响应机制等一些新问题新方向有待深入研究。基于最新溃坝和出险案例,从防洪标准、监测预警、应急响应、应急处置等方面总结经验教训,得出在水库大坝安全管理和防洪度汛方面的启示,进一步提出加强溃坝风险防控的思考和建议。快速降低库水位是应对超标准洪水的关键措施,土石坝可以做到漫而不溃,土石坝结构设计应充分考虑极端强降雨工况,流域梯级水库防洪能力亟待加强,管理设施对紧急情况下应急能力影响很大,低水平的管理会严重影响防洪安全。