卡特里娜飓风引起的新奥尔良市溃坝洪水演进过程模拟

卡特里娜飓风于2005年袭击了美国墨西哥湾沿海地区，给路易斯安那、密西西比和亚拉巴马等州带来了巨大灾难，造成经济损失800亿美元。其中位于路易斯安那州的新奥尔良市由于堤坝故障导致庞恰特雷恩湖湖水倒灌，80%的地区发生了洪水，损失尤为严重。为了动态且高效地模拟其溃坝后洪水的演进过程，建立了基于“体积法”与元胞自动机的溃坝洪水演进模型。模型通过设置元胞属性来考虑洪水流向以及不同土地覆盖类型的汇流差异性；提出了一种洪水淹没元胞多级分类的快速搜索算法(MLCFC),采用不同准则处理各类元胞以提高计算效率；利用“体积法”计算不同时刻元胞的水深来间接反映洪水演进的时空特性。以新奥尔良市为例，计算其溃坝发生后2～20 h不同时刻的淹没情况。结果表明，模型模拟的淹没过程符合溃坝洪水的蔓延特性；试验结果与遥感影像中提取的水体重合率为61.18%,能较好地模拟城市地区溃坝时洪水演进的时空特性。     

大坝洪水漫顶风险评估

洪水漫顶是导致大坝溃坝的主要原因之一,大坝洪水漫顶风险评估是大坝风险评估的重要组成部分。为此,简要介绍了大坝洪水漫顶的风险模型,并通过实例详细地讨论了模型中各有关参数的不确定性处理方法,探讨了入库洪水的不确定性对洪水漫顶风险率的影响以及按规范设计的大坝的防洪能力问题。     

大坝安全问题

一、前言国际大坝委员会对大坝的定义是:所有高度超过15m的坝以及库容超过100万m~3的10～15m高的坝,或者坝顶长度超过500m的坝,或最大洪水泄量超过2000m~3/s的坝,或坝基非常复杂的坝,或特殊设计的坝都统称为大坝。以前,大坝多建在距人口稠密区较远的偏僻山区,但目前多集中在居民易遭溃坝洪水袭击的上游地     

二维溃坝液面定位方法研究与仿真

研究溃坝过程中自由液面的定位问题,定位的准确性可有效防自然灾害。针对溃坝过程中,液面的变化情况很复杂,存在高度非线性,很难建立准确数学模型。当液面遇到阻力,变化幅度较大,变动较为频繁时,传统方法很难准确定位液面的问题。为解决上述问题,提出一种优化仿真溃坝液面准确定位方法,运用液面变化过程中,张力、流体区域的细微变化对液面进行准确的定位和捕捉,克服传统方法的缺陷。仿真结果证明:新方法能快速求解二维溃坝问题,仿真精度高,能成功模拟溃坝后的液面波浪翻卷、界面破碎和包含气泡等复杂现象,准确定位液面,取得良好的效果。     

两种溃坝模型在唐家山堰塞湖溃决模拟中的对比

基于唐家山堰塞坝溃决的实测数据,使用BREACH模型及中国水科院DB-IWHR模型,对唐家山堰塞坝溃决过程进行了反演分析,并对两种模型进行参数敏感性分析。研究结果表明:使用针对唐家山的参数,两种模型均可较好地反演唐家山溃决洪水的过程,BREACH模型的下游坡比和孔隙率是对结果影响比较敏感的输入参数;DB-IWHR模型在冲刷参数和下游水深计算两方面做了改善,较好地解决了这一问题;DB-IWHR提供了一个Excel格式的计算软件,数值分析稳定性好,使用简洁客观,可供类似堰塞湖应急处置时参考。     

唐家山堰塞湖泄洪问题几种模型探讨

以唐家山堰塞湖为研究对象,首先根据当时权威新闻报道数据及数字高程模型用数值积分和拟合两种方法求堰塞湖的蓄水量。在溃坝阶段,由经验公式及进出水量平衡建立模型,从而拟合出溃口的深度和宽度随时间变化的表达式。在泛洪阶段,采用静态分析,假设水流呈圆形蔓延采用先离散后整合叠加的方法建立柱体模型得到被淹面积和淹没深度,并在此基础上考虑洪水淹没区域中人口密集区域的人员撤离方案。     

梯级水电枢纽群巨灾风险分析与防控研究综述

伴随超标准巨震、极端暴雨洪水、巨型滑坡等灾害频繁发生,极端载荷作用下梯级水电枢纽群的灾害风险分析与防控等问题成为当前水利工程领域的研究热点。为分析梯级水电枢纽群巨灾风险研究现状,绘制了国内外水库大坝溃坝事件的时间序列图,分析了梯级水电枢纽群的风险特征,总结评述了梯级水电枢纽群巨灾风险分析和巨灾防控研究进展,主要结论如下：1)梯级水电枢纽群巨灾风险是我国水利水电工程风险防控面临的主要问题;2)梯级水电枢纽群风险分析方面主要聚焦于梯级水库连溃概率的分析和计算,对于溃决可能产生的巨灾损失的量化研究不足,缺乏对巨灾因子及其相关影响作用下巨灾风险的评估;3)缺乏对梯级枢纽群灾害链的阻断技术研究和应急避险方案设计研究。为此提出了梯级水电枢纽群可能最大灾难(Probable Maximum Disaster, PMD)的科学内涵,考虑可能遭遇的多种致灾因子和承灾体特征,分析相互因果关系和极端荷载组合情况,初步建立了PMD评估的理论模型,为绘制梯级水电枢纽群在巨灾情景下的灾难空间外包线和估算PMD损失上限值提供科学依据,为梯级水电枢纽群巨灾风险分析和防控提供理论基础和技术支持。     

某混凝土双曲拱坝运行突发事件分析

大坝运行安全应急预案是保障水库大坝遭遇突发事件时能有效减损的一项重要非工程措施。以某混凝土双曲拱坝为例,结合工程结构、运行特点和环境条件,对可能影响大坝安全运行的突发事件进行了详细分析,可供类似工程编制应急预案时参考。     

溃坝洪水对构筑物冲击荷载的数值模拟

洪水巨大的冲击力对坝区及堤岸构筑物造成很大的破坏,准确计算溃坝洪水对构筑物的冲击荷载对于建筑物的安全设计是十分必要的。采用有限体积法和中心迎风格式建立了二维数值模型,用于计算溃坝洪水对构筑物的作用力,并将该模型应用于全局溃坝和局部溃坝的物理模型试验。计算结果表明:该模型能够准确地模拟全局溃坝工况下洪水对构筑物冲击荷载的变化情况,而对于局部溃坝工况,本模型的计算结果较为平滑,无法模拟实际水流紊动的过程,但其最大冲击荷载的计算值与试验测量值相接近。相比于三维数值模型,本文所建立的二维数值模型程序简单、计算效率高、计算结果与实测结果总体吻合较好,能够有效地用于预测溃坝洪水对构筑物的冲击荷载。     

溃口近区二维数值模拟与溃坝洪水演进耦合

基于黏土心墙砂石坝的溃决过程,以及溃坝洪水传播和运动的特性,建立黑河金盆水库大坝溃口近区二维数值模型和下游地区溃坝洪水演进耦合数学模型。使用DAMBRK法计算逐渐溃坝,并应用其结果进行后续模拟。采用Abbott-Ionescu六点隐式有限差分格式求解一维模型,采用单元中心的有限体积法求解二维模型方程。采用侧向连接方式,将黑河两岸计算水位点与二维网格单元相连,实现一、二维模型的耦合。采用所建立的二维模型对溃口近区进行计算与模拟,得到计算区域某一时刻的水深及流速分布。应用所建耦合模型对黑河金盆水库万年一遇入库洪水漫顶致溃坝洪水进行数值模拟,得到一维河道内各断面的水位和流量变化过程,以及二维计算区域内不同时刻的水深分布图、流速矢量图和淹没范围变化过程。溃口的形成过程不仅包括漫顶水流的直接作用,同时包括溃口形成过程中两侧漩涡状水流的反冲刷作用。耦合模型可以同时兼顾河道内的水流变化以及河道外计算区域内的洪水演进过程,从而减少由于计算结果偏大或偏小所带来的防洪资源浪费和防洪措施不利等不良影响。