堰塞坝漫顶溃决过程数值模拟及应用

堰塞坝作为自然形成的天然坝体,其结构不稳定性强,绝大多数的堰塞坝最终都将发生漫顶溃决,一旦溃决,将会对下游带来巨大的生命和财产损失。因此,有必要合理预测堰塞坝的溃决流量过程,为溃坝应急预案的编制提供理论与技术支撑。本文充分考虑堰塞坝的形态特征及坝料的物理力学特性,建立了一个可合理模拟堰塞坝漫顶溃坝过程的数学模型。该模型可较好地反映水动力条件下的溃口发展过程和下泄流量过程。选择西藏易贡堰塞坝溃坝案例对模型进行验证,通过计算结果与实测资料的对比发现:计算得到的溃口峰值流量、最终溃口宽度、峰值流量到达时间等参数的最大相对误差均在±15%以内;溃口流量过程与实测资料也吻合较好,有效地验证了模型的合理性;参数敏感性分析结果显示,残留坝高、冲蚀模式(单侧与两侧冲蚀)、冲蚀系数等参数对溃坝过程均有重要影响。     

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。     

无黏性土堤漫顶溃决口门形态变化试验

堤防溃决发展过程及口门形态变化的正确描述是及时科学地对溃口进行封堵并对决口后洪水演进过程准确预测的重要依据.考虑到堤防漫顶溃决过程与溃决时河道水力条件、堤防型式、材料组成等因素有关,就外江河道存在水流流动的无黏性土堤溃决溃口的发展过程及口门形态的变化规律进行了水槽试验探索.研究结果发现,河道洪水位或内外江水位差是影响溃口展宽发展的最重要因素.河道洪水流量在堤防溃决初期对溃口的发展影响不大,但溃口的最终宽度和深度随洪水流量的增大而增大.对于试验中采用的无黏性土堤材料,颗粒越粗,漫顶溃决初期溃口发展越快,稳定后的溃口最终宽度却越小.另外,试验还给出了无黏性土堤漫顶溃决溃口的最终形态,如内外江侧溃口宽度比、溃口顶部与底部宽度比以及溃口深度与宽度比等.     

基于蒙特卡罗方法的水库大坝漫顶风险分析

洪水漫顶是导致水库大坝破坏的主要原因之一,大坝洪水漫顶风险分析是大坝安全评价的重要组成部分。在介绍洪水漫顶的可靠度模型的基础上,提出用蒙特卡罗方法进行模拟,并对其中的伪随机数生成进行了细致的说明。工程实例表明基于蒙特卡罗方法的水库漫顶风险分析模型具有较强的实用性,能为大坝安全评价工作提供支持。     

海堤堤顶高程确定中若干问题的探讨

从海堤工程设计角度出发,比较分析了现行的国家、行业、地方不同设计标准之间海堤堤顶高程的确定以及越浪量控制上的差异,提出在海堤设计中应根据不同防护对象的功能要求选择适用的规范;以控制越浪量为准则确定海堤工程的堤顶高程的建议,以供参考.     

Risk analysis for earth dam overtopping

In this paper, a model of overtopping risk under the joint effects of floods and wind waves, which is based on risk analysis theory and takes into account the uncertainties of floods, wind waves, reservoir capacity and discharge capacity of the spillway, is proposed and applied to the Chengbihe Reservoir in Baise City in Guangxi Zhuang Autonomous Region. The simulated results indicate that the flood control limiting level can be raised by 0.40 m under the condition that the reservoir overtopping risk is controlled within a mean variance of 5×10-6. As a result, the reservoir storage will increase to 16 million m3 and electrical energy generation and other functions of the reservoir will also increase greatly.     

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。     

淮河和渭河防洪工程中的实用新技术探讨

本文结合国外在防洪工程中一些新技术的应用,以及我国防洪工程中的一些实际情况,探讨在淮河和渭河堤防建设中将土工织物用于过水堤防的基本概念、应用可能性及其特点。为提高我国中小型水库防洪能力,本文还介绍了一种新型的具有防洪挡水功能的自溃堰,该项技术可与堤防建设结合起来,提高流域的防洪能力。上述两种新技术均具有工程投资少、效果好、管理方便、适合我国国情等优点。     

NUMERICAL SIMULATION OF TWO-DIMENSIONAL OVERTOPPING AGAINST SEAWALLS ARMORED WITH ARTIFICIAL UNITS IN REGULAR WAVES

A new mathematical model for the overtopping against seawalls armored with artificial units in regular waves was established. The 2-D numerical wave flume, based on the Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations and the standard k-ε turbulence model, was developed to simulate the turbulent flows with the free surface, in which the Volume Of Fluid (VOF) method was used to handle the large deformation of the free surface and the relaxation approach of combined wave generation and absorbing was implemented. In order to consider the effects of energy dissipation due to the armors on a slope seawall, a porous media model was proposed and implemented in the numerical wave flume. A series of physical model experiments were carried out in the same condition of the numerical simulation to determine the drag coefficient in the porous media model in terms of the overtopping discharge. Compared the computational value of overtopping over the seawall with the experimental data, the values of the effective drag coefficient was calibrated for the layers of blocks at different locations along the seawalls.     

漫坝风险分析在水库运行管理中的应用

本文运用漫坝风险分析理论，综合考虑影响漫坝的洪水、风浪、库容、泄水能力四方面的不确定性，建立了东武仕水库大坝对抗洪水系列与风浪系列联合作用的漫坝风险模型，计算了水库在现行的防洪标准及调度方案下的大坝漫坝风险及安全可靠度，从而对水库漫坝安全做出评价。此外，在保证东武仕水库大坝漫坝安全可靠度高达99．999％以上的基础上，结合下游河道的泄洪能力、淹没范围等具体情况，通过计算分析，建议将水库的汛限水位提高1．5m，可使水库多蓄水1470万m^3，取得直接经济效益400万元。