一、二维耦合模型在梯级水电站大坝溃坝分析中的应用

合理论证溃坝洪水灾害影响对大坝风险评价和应急管理具有重要意义。针对梯级水电站大坝连溃风险，建立一、二维耦合模型，对溃坝洪水演进规律及大坝下游平原洪泛区淹没影响开展分析。以W江梯级水电站为例，考虑汛期与非汛期水库不同运行情况下两种工况的溃坝影响，从典型断面洪峰流量、最高水位以及峰现时间等角度分析溃坝洪水演进规律。在此基础上，以洪泛区最大淹没水深为代表性指标，对溃坝洪水风险等级进行了划分，并绘制洪水风险图，工况1、工况2高风险区面积分别达到431.31 km²和575.76 km²，表明溃坝洪水对下游地区影响严重。相关成果可为应急预案制定和防灾减灾提供重要参考。     

我国水库大坝风险评价研究进展及展望

首先给出了水库大坝风险的概念,分析了大坝风险分析的内容与程序,得出了大坝风险分析的框架结构.根据大坝风险分析的内容,从大坝风险分析方法、水库大坝防洪风险、溃坝模式、溃坝洪水、溃坝概率、溃坝后果、风险转移、风险标准、风险决策9个方面,综述了国内当前开展大坝风险研究的进展状况,并对今后的发展趋势进行了展望.     

基于GeoDam-BREACH与Graham法的溃坝生命损失估算

应用GeoDam-BREACH工具包模拟了超标准洪水状况下小井沟水库下游的溃坝洪水演进过程,得到水库溃坝下游淹没范围与淹没区水深分布,然后采用Graham法对溃坝导致的生命损失风险进行分析。分析结果表明,小井沟水库发生漫顶破坏时,溃坝洪水对下游产生严重影响,下游村镇有受淹风险;下游溃坝淹没区域的风险人口死亡率较高,并且随着警报时间的减小而增大,从而得出警报时间和风险人口对溃坝洪水严重性的理解程度是生命损失的重要影响因素、应当加强水库大坝的日常巡查工作和预警系统的结论。研究成果为小井沟水库的防洪调度和应急预案编制提供了有效支持,对于同类水库的防洪和安全管理亦具有参考价值。     

小型水库溃坝初步统计分析与后果分类研究

小型水库是我国水库大坝数量的主体,在保障农村经济发展、粮食安全、农村社会稳定等方面发挥着不可替代的重要作用。对1990年后我国溃坝的小型水库初步统计分析表明,溃坝水库较集中于集水面积50 km2、坝高30 m以下的小(2)型水库,洪水漫顶与质量问题仍是水库溃坝的主要原因。结合小型水库应急事件转移人口,提出了按风险人口进行分级的后果分类标准,并对我国小型水库管理发展提出了相应建议。     

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。     

基于BIM+GIS技术的前坪水库溃坝洪水数值模拟

为确保水库汛期防洪及水库下游人民生命财产安全,以河南省汝阳县前坪水库为例,基于库区高精度地形图和DEM,采用BIM技术、GIS技术结合MIKE软件建立水库溃坝一维、二维耦合数值模型,模拟水库大坝在5 000 a一遇校核洪水位下溃坝及洪水下泄过程,计算水库溃口流量过程及溃决后洪水在下游的演进过程,获得水库下游淹没区范围、淹没区流态等洪水风险信息。结果表明:大坝溃口流量过程与经验公式计算结果较吻合,数值模型可有效模拟溃坝后洪水下游演进风险特征,计算结果较为合理,三维洪水演进过程直观准确。     

彩山水库溃坝洪水影响分析

本文对彩山水库进行溃坝分析,并采用MIKE21建立水动力学模型,通过GIS图形处理、网格划分、洪水演进模拟和溃坝分析等,模拟水库发生溃坝时下游洪水演进过程,并分析其洪水影响,为彩山水库大坝安全管理及下游避险转移安置提供理论参考和判断依据.     

溃坝风险人口应急避难研究综述

溃坝风险人口应急避难作为水库大坝安全管理应急预案的重要内容,是避免或减少溃坝生命损失的有效手段。通过对溃坝数值模拟、风险人口分布预测、应急避难场所规划、应急撤离时间估算等溃坝风险人口应急避难相关的四个方面的研究现状和研究进展进行了综述。其中溃坝数值模拟是应急避难分析的基础性工作,包括溃口模拟和溃坝洪水演进分析两部分内容;风险人口分布预测则需要考虑不同时间情景下的动态分布;针对溃坝应急避难场所规划的研究尚不多见,但可借鉴防洪应急避难选址研究成果;应急撤离时间主要研究内容是撤离活动所用时间的估算,可根据撤离方式选择相应的算法。     

察尔森水库溃坝洪水模拟计算

采用经验公式法对察尔森水库溃坝洪水进行模拟计算,根据大坝可能出现的溃坝风险,模拟了大坝溃决后保护区内洪水的演进过程,模拟的计算结果提供了淹没水深、淹没范围等洪水风险信息,为察尔森水库防洪风险管理提供了依据。     

水库大坝安全保障关键技术

本文系统探讨了我国水库大坝病险与溃坝规律。介绍了世界最高实体坝现场溃坝试验和室内试验结果,揭示了土石坝溃决机理和溃决过程。系统阐述了基于风险的大坝安全评价方法、病险水库除险加固技术、大坝风险控制非工程措施、大坝安全信息监测与预测预警、大坝风险标准等涉及水库大坝安全保障体系建设的一系列关键技术。本研究成果丰富了溃坝理论,完善了溃坝模拟技术,可服务于全国水库大坝安全行业管理和实践。     

基于一二维耦合技术的溃坝洪水模拟研究

以印度尼西亚巴丹托鲁水电站溃坝洪水模拟为例,对于地形条件复杂的河流,利用MIKE软件基于一二维耦合技术构建溃坝洪水计算模型,对拟定的溃坝工况进行数值模拟。建立的溃坝洪水一二维耦合模型适用于不规则计算域和地形,通过引入了新的动态耦合技术,避免了采用单一模型时遇到的计算效率、网格精度和准确性方面的问题。通过数值模拟得到了溃口流量过程和下游海滩地区洪水演进过程,并对下游敏感区域进行淹没影响分析。模拟成果为水电站工程设计、溃坝洪水风险分析和灾害损失评估提供了技术支撑。     

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。     

区域洪灾风险评价方法初探 -以浙江省为例

本文选取我国浙江省作为研究区,以其县域作为基础的计算单元,从洪水灾害系统理论出发,构建洪灾风险评估模型和风险因子指标体系对宏观区域上的洪灾风险评价方法进行了探讨。根据洪水灾害风险的原理,结合致灾因子危险性、承灾体暴露性和易损性、区域防灾力等要素选取了巧个风险评价指标,并为各风险因子及其基础指标分配了权重。根据所建立的计算模型和风险分级方法,对研究区的洪灾风险等级及风险类型做了定量化分析。经计算,浙江省高等级的洪灾风险集中分布于浙北的冲积平原区和浙东的沿海丘陵平原区,在浙西的金华衡州盆地也有高等级洪灾风险呈点状分布。评价结果可用于指导浙江省的洪水风险管理和防灾减灾措施建设。     

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。     

考虑上游溃坝洪水的水库漫坝失事模糊风险分析

随着大江大河的规模化梯级开发,水库和电站的风险不再是单一工程风险,传统的"单库、定值"研究模式已难以满足当今水电站枢纽的安全风险分析需求。为此,本文将上游溃坝洪水的作用考虑到水库漫坝失事风险分析中,在具体评估水库承担的失事风险率时,基于现有的模糊风险分析模型尝试采用直角梯形模糊数描述水库漫坝失事的风险指标,结合α-截集技术将模糊集合转化为经典集合,提出基于直角梯形模糊数的水库漫坝失事风险分析模型。以某流域尚在筹建的水库为例进行研究,结果表明:(1)该模型能考虑多种不确定性因素影响的漫坝失事风险的可能状况,思路更接近于实际情况,其计算结果可为有关部门决策提供更多参考信息;(2)就研究对象而言,尽管考虑上游溃坝洪水时较高起调水位方案对应的漫坝失事模糊风险率均不同程度超出最大可接受风险,但只要做好预警工作并及时预泄水库蓄水就可以降低外部原因引起的漫坝失事风险,保障水库安全运行。     

溃坝洪水研究进展

溃坝洪水研究的目的是计算溃决坝址的流量、水位过程线,并向下游作洪水演进得到沿程的流量、流速、水位、波前与洪峰的到达时间,评估下游洪水淹没损失情况,以便于采取措施,降低洪水风险。从溃坝水流理论研究、溃坝问题的试验研究、溃坝模拟及洪水在下游演进这3个方面对溃坝洪水研究进行了综述,回顾和总结了国内外溃坝洪水研究的发展历程、已取得的成果和近些年的进展,提出了将来要研究的重点,并对研究前景进行了展望。目前溃坝理论的数值求解发展迅速,由试验提出了溃坝机理,研究不断模型化;但高强输沙理论未建立,溃口冲刷过程未能准确表达,对梯级溃坝和冰湖溃决洪水研究较少。今后应加强溃坝水流理论研究,开展大尺度、多库溃坝模型试验研究,积极做好梯级溃坝和冰湖溃决洪水模拟,进一步建立快捷可靠的区域溃坝洪水预报系统。     

小型水库大坝溃坝风险识别研究

小型水库遭破坏的危险主要是溃坝风险,为了给小型水库大坝安全提供资料,对小型水库大坝溃坝历史资料进行统计,分析泰安市岱岳区18座小型水库安全鉴定资料,并利用事件树法分析了小型水库大坝的主要溃坝模式和溃坝路径。结果表明,小型水库主要的溃坝原因是漫顶和坝体施工质量,在3 339座溃坝事故中,漫顶1 737座,占50.2%,由坝体施工质量引起的溃坝1 205座,占34.8%。溃坝模式和溃坝路径的提出,为小型水库大坝溃坝概率的确定以及溃坝风险分析评价奠定基础,并为其除险加固提供依据。     

Dam-Break Flood Emergency Management System

Natural or induced floods are of increasing concern to watermanagers and civil protection services for three main reasons.Firstly, a continuous and 'unconscious' increase of socialpressure in the flooding valleys amplifies flood vulnerabilitiesand consequently natural or induced flood risk. Secondly, thealarming forecasts of the impact of potential climate changes onwater resources, in spite of the high uncertainty associated tothese forecasts, points out to larger flood hazards. Thirdly,dam-break induced accidents may occur more frequently due toinfrastructure aging.Emergency Planning is a non-structural measure to minimise floodimpacts playing an important role in crisis management. In fact,if a disaster cannot be avoided, individual and social structurepreparedness may be of great help in risk reduction.An Internet-based system that supports flood emergencymanagement is presented in this article. This application is partof a more complete system, developed with the goal of endowingthe Portuguese water authorities, dam owners and the civilprotection system, with adequate tools to store and easilyretrieve information on dams and their downstream valleys, tomodel the flood wave induced by a dam break and, eventually, tomanage the response to flood-induced catastrophes.