基于“漫而不溃”理念的新疆小型水库土石坝应对洪水风险新策略

新疆已建、在建山区小型水库149座,其中拦河坝为土石坝的小型水库120余座。近年来,气候变化条件下洪水风险呈更加严峻之势,小型水库采用土石坝坝型的运行与溃坝风险较大。针对泥沙淤积使防洪库容减少、表孔宣泄遭遇枯木树枝堵塞、水库遭遇超标准洪水、坝体年久失修或结构失稳等小型水库土石坝的洪水风险问题,需增加土石坝工程的超泄能力,避免造成溃坝等洪水风险,以增加工程的安全性。以某山区小型水库为例,通过加宽溢洪道、增加底孔泄流、坝体部分溢流、坝体全断面溢流等方案分析,研究了不同组合泄洪形式的可能性,提出了基于“漫而不溃”的土石坝加固理念与措施,以应对气候变化条件下超标准洪水的宣泄,可供类似工程设计参考。     

气候变化下山溪性河流水库防洪减灾措施

近年来极端气候变化频发,引发局地短时强降雨,易造成超标洪水,严重威胁山溪性河流上的水库安全,由此而导致的大坝漫(溃)坝案例已有发生,且危害巨大,防范和化解此类重大灾害是新时期水库设计和安全运行管理的关键问题。通过归纳总结已建土石坝工程实例,认为水库漫顶溃坝风险主要来源于水文资料短缺、洪水成因复杂和突发性强,水情监测预警预报不到位,抵御超标准洪水时调洪能力有限等不利因素。因此,关注设计洪水的合理性分析及安全性评价,建立对超标准洪水的分析预测和监测预警,合理规划泄洪建筑物的规模以及抗冲结构设置,加强水库排沙预泄措施和梯级水库的联调联控等综合调洪能力的提高,提升非常情况下的应急安全管理能力等,是病险水库除险加固以及新建水库工程设计及运行管理的必需措施。     

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。     

特高坝及梯级水库群设计安全标准研究Ⅲ:梯级土石坝连溃风险分析

为承应本系列论文提出的建立在梯级水库群连续溃决风险分析基础上的特级土石坝分级标准,本文阐述了溃坝计算、洪水演进和连溃分析模型的基本原理,通过对冲刷模型、泄流渠水深计算方法等方面的改进,提出了一个数值分析稳定、对输入参数敏感性低的溃坝分析方法。通过实际工程算例分析表明,本文方法不仅适用于单坝溃决洪水分析,计算成果符合工程实际,而且对连溃分析也具有很好的操作性。溃坝风险分析可作为土石坝风险等级确定的重要手段,也为实施本系列论文建议的等级标准提供了基础支撑条件。     

梯级水库溃决洪水影响分析

该文应用模拟复杂水流流态的平面二维水动力数学模型研究梯级水库溃决洪水在天然河道中的演进过程。通过福建省闽江富屯溪上游两座中型水库的溃决模拟,分析梯级水库溃决洪水影响,为梯级水库溃坝洪水预警和灾害评估提供参考。     

基于MIKE11的梯级水库群溃决模拟研究

为了对比单个水库大坝溃决时的洪水演进,本文基于MIKE11模拟了3个梯级水库发生溃决的洪水演进情况,设置了3种工况:只溃第1梯级,第2、3梯级漫顶不溃;第1、2梯级同时溃,第3梯级漫顶不溃;第1、2、3梯级同时溃。得到了梯级水库不同溃决方式和过程下的河道流量与水位变化、溃口流量与水位变化,以及洪水演进流量与水位变化,再对比4种计算溃口流量的理论公式。结果表明:在梯级水库中只溃1级的情况下,下游河道的洪峰在一定距离内没有出现衰减,且随着溃坝数的增加,下游河道的洪峰流量也会增加,甚至超过溃口的最大流量,验证了铁道部给出的理论公式更适用于实际大坝溃口流量的理论计算分析。     

两级堰塞坝连溃过程数值模拟及溃口流量演化特征研究

在强震作用下,高山峡谷区易发生滑坡堵江形成串联的梯级堰塞坝,其中一级一旦溃决易引发梯级连溃。本文基于三维雷诺平均Navier-Stokes方程、湍流重正化群模型,以及悬移质和推移质冲蚀方程,并考虑溃口边坡的失稳坍塌,采用有限体积法建立了梯级堰塞坝连溃过程数值模拟方法,用于模拟连溃过程中的水动力特征及梯级堰塞坝的溃口形态演化过程。选择典型的两级堰塞坝连溃概化模型试验作为数学模型验证案例,对比实测值和计算结果发现,上下游堰塞坝溃口洪水流量过程和溃口形态演化过程基本一致,上下游堰塞坝溃口峰值流量、区间洪水演进时间等关键参数的相对误差小于±5%;比较上下游堰塞坝溃口洪水流量过程发现,梯级堰塞坝发生连溃时,溃坝洪水存在级联放大效应。选择上下游堰塞坝距离、河道坡度和下游坝坝高等三个关键参数,研究连溃洪水的放大效应及其影响因素,参数敏感性分析结果表明：下游坝溃口峰值流量随两坝间距和下游坝坝高的减小而增大,随河道坡度的增长呈先增大后减小的趋势;上游坝溃决洪水演进至下游坝时可能产生涌浪翻越并冲蚀坝顶,导致坝顶高程降低,并对下游坝发生溃决的时间以及溃口峰值流量产生影响,因此涌浪对下游坝溃决过程的影响与涌浪翻越坝顶的水量以及坝料冲蚀特性相关。选择小岗剑上、下两级堰塞坝连溃案例,通过对比计算和实测的溃口流量以及溃口形态发现,关键溃坝参数的相对误差小于±10%,验证了模型在实际案例中应用的合理性,本文提出的数值模拟方法可为梯级堰塞坝连溃风险评估和应急处置提供重要技术支撑。     

土石坝水库溃坝洪水非恒定流演进计算应用研究

本文通过对老鹰嘴水库工程土石坝溃坝洪水研究,预测水库大坝溃口发生的过程(如形状、深度、宽度、溃口扩张的速度等),计算溃口出水流量,通过水库库容演算,预测水库溃口过流量的过程线;对大坝在正常蓄水位、大坝校核洪水、大漫顶三种情况下的溃坝洪水,进行了下游河段洪水非恒定流演进计算,分析最不利为大坝漫顶工况,并在大坝漫顶工况下根据不同溃决状态,分别计算出1/4溃决、1/2溃决、全溃决的下游淹没水位、影响范围人口等数据,为制定相应的应急措施提供依据。     

梯级水库群控制梯级极端工况泄洪安全分析

河流梯级开发中,极端条件下流域安全主要取决于干流控制梯级的安全。已有研究将控制梯级特级坝分为特1级和特2级,究竟哪种等级的大坝应设置非常泄洪设施或临时措施,在较高水位时启动来降低控制梯级的泄洪风险,此项研究尚属空白。本文基于DB-IWHR模型理论框架,研制开发了水库群连溃数值模拟平台,并针对控制梯级特级坝的空间分布类型,考虑梯级水库群风险源可能出现的超标准洪水+地震引发某一泄水闸门失效的极端运用工况,从控制梯级的泄洪安全和设置非常泄洪设施的必要性角度,研究了流域梯级安全问题。结果表明:对于"上下相当"的布局,梯级水库群特1级坝须增设非常溢洪设施以应对超标准洪水、或某一闸门无法开启及其组合运用工况。对于"上小下大"的布局,由于风险触发梯级溃决预警时间常以小时计,特1级坝通过设置非常泄洪设施增大泄洪裕度可进一步降低库水位,从而使得特1级坝腾出更大的库容应对上游溃坝洪水,明显提高特1级坝的安全裕度。本文提出的理论计算方法和增大泄流能力途径可供梯级水库群设计运行参考。     

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。     

梯级水库连续溃坝计算

为了合理地规划水库群的防洪设计标准,应给出水库渍坝流量过程甚至梯级水库连续溃坝的流量过程.该文选取2个梯级水库(上游水库的库容远大于下游水库库容),计算上游水库溃坝洪水,并研究上游水库渍决引起下游水库连续渍坝的可能性,采用简化水力计算法、经验公式等方法计算下游水库渍坝可能发生的时间以及连续溃坝流量过程,为类似梯级水库工...     

唐家山堰塞湖溃坝洪水分析及泄流冲刷模拟

土石坝溃坝数学模型BRESZHU建立在溃坝试验及原型溃坝案例中所观察到的溃坝机理基础之上。模型先后用不同国家的多组溃坝试验资料进行率定和验证，并被成功应用于原型堤坝溃决案例的模拟，结果良好。“5·12”地震唐家山堰塞湖险情发生后，其不断升高的水位和不断增大的湖容给下游百万群众的生命财产安全造成了巨大威胁。运用BRESZHU模型并结合坝下游溃坝洪水演进模型针对堰塞湖上游可能出现的不同频率洪水、坝体的不同溃决方案和不同溃决过程等对数10种工况下唐家山堰塞湖的调洪、溃坝及洪水传播过程进行了计算与分析，为抢险方案和应急预案的制定提供了有力的技术支持。险情结束后运用BRESZHU模型及时对湖水下泄过程中泄流渠断面发展及坝址处洪水过程等进行了模拟，结果表明模型计算的下泄洪水过程（水位、流量）及泄流渠断面发展等与实测情况符合较好。     

苗尾水电站施工期溃堰洪水计算分析

苗尾水电站施工期临时围堰挡水度汛期间,若因上游超标洪水导致围堰溃决,将引起围堰库区水体骤然下泄,形成较大溃坝洪峰向下游传播,严重威胁下游两岸村镇及功果桥梯级电站的安全。根据溃坝洪水传播和运动的特点,建立了一个包括围堰溃决过程和洪水演进的溃堰洪水数学模型。利用该模型,合理假定围堰溃决模式,拟定不同的计算方案,对苗尾水电站施工期围堰溃决及溃堰洪水演进过程进行了模拟计算。通过模型计算可以得到各特征断面的最高水位和最大流量值,并可以得到溃堰洪水传至各特征断面的演进时间。因此,可以利用溃堰洪水数学模型,为围堰溃决时下游河道两岸的洪灾分析及溃堰应急预案制定提供科学依据。     

梯级水库群溃决洪水对下游影响的研究

在某实际流域梯级水库群溃决洪水研究的基础上,以流域上七级水库土石坝至一级水库混凝土坝遭遇超标准洪水引起的大坝溃决,利用Mike11数值模拟软件针对水域形态、水位、流量变化有着强大的计算和分析功能,以及通过工程实列的验证——堰塞坝遭遇超标准洪水时,溃决流量和水位变化,研究梯级水库群在流量和水位对下游的影响。     

梯级水库超标准洪水溃坝及避洪转移对策分析

以树背坑一库(小溪云龙河上游)和树背坑二库水库(小溪云龙河下游)为研究对象,利用水力学原理以及GIS空间分析技术,对比分析超标准洪水下梯级水库在下游水库溃坝和上游水库溃坝导致下游水库溃坝连溃两种情况下面临的洪水风险,同时制定受影响居民的避洪转移对策.通过两种情况下的对比分析,得出结论:在对水库进行超标准洪水淹没分析时,...     

土坝溃坝试验研究与应用

本文根据模型试验和在滁州市进行的碾压式均质土坝现场溃坝试验研究,发现土坝漫顶溃决是个逐渐发展的过程,溃决持续时间一般在2h以上。结合滁州市2008年发生的2座小水库成功抢险案例分析,认为土坝遇洪水漫顶采用应急抢险泄流方案是可行的。具体的抢险方法应该依据具体坝体特征,选择坝体两端坝高较低、坝基基岩较高、对下游影响较小的坝段开挖泄流槽引冲形成局部溃口泄洪,避免主坝段溃决造成重大损失。泄流槽应有足够宽度,深度以能够确保泄流槽形成自身冲刷为宜,推荐泄流槽开挖深度应该大于1m。     

唐家山堰塞坝溃坝可能性及冲刷形式初步分析

结合已有资料和研究成果，统计分析了堰塞坝可能的溃坝方式，分析表明，洪水漫坝和坝体渗透破坏或基础渗透破坏是造成堰塞坝溃坝的主要原因。进一步对唐家山堰塞坝堰体物质抗冲能力、突溃与渐溃可能性和堰塞坝渐溃的可能模式等逐一进行了分析。分析认为，由于该堰塞坝规模巨大，且上游坝坡较缓、下部结构较密实、整体稳定性较好，不存在整体溃决的危险，溃决过程是逐步渐变的，不会发生瞬时溃决。     

梯级水库上水库泄洪能力对下水库设计洪水计算影响实例浅析

梯级水库设计洪水计算是根据上、下游水库的情况从上而下逐层进行分析计算。本文通过两个水库的实例,对梯级水库设计洪水进行分析,在一般情况下,下游水库的设计洪水由上游水库的泄流过程与区间洪水组成,但还应对上游水库泄洪是否改变了天然洪水状况及其对下游的影响程度进行分析,重点分析上游水库的调洪影响和区间洪水的地区组成,从而选择合适的计算方法。通过该种方式的分析与思考,可以为梯级水库设计洪水的计算方法提供有益的借鉴。     

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。     

黄壁庄水库溃坝洪水对石家庄市影响研究

水库水体突然泄放,是水库下游地区防洪避险中最恶劣的不利情况。滹沱河流域出口的黄壁庄水库,其副坝正对下游的石家庄市,副坝溃决对市区的影响将是毁灭性的。针对黄壁庄水库及其副坝的具体情况,探讨了副坝溃决的方式,研究了溃坝后的最大洪峰流量,泄流过程及洪水演进的计算方法和计算成果,同时对市区的影响进行了分析,为石家庄市防洪工程的规划及市区人民的防洪避险提供了科学依据。