堰塞坝的形成机理与溃决风险

基于多座溃决堰塞坝案例的调查,对堰塞坝的形成机制、溃决风险及其影响因素进行分析总结,认为堰塞坝主要是由地震或降雨或火山喷发引起的山体滑坡、崩塌、泥石流所形成,形成方式可概括为滑坡、崩塌、泥石流以及碎屑流,其中滑坡是形成堰塞坝最主要的形式。堰塞坝的工作条件、坝体几何特征以及坝体物质组成和内部结构都与人工土石坝存在明显差别,其溃决的可能性远高于人工土石坝。指出堰塞坝的溃决风险主要取决于上游来水量、坝的拦蓄水量、坝的几何尺寸和坝的结构与物质组成,并讨论了降低堰塞坝溃决风险的应对措施。鉴于堰塞坝极高的溃决可能性与严重的致灾后果,建议今后加强堰塞坝溃决机理、溃坝过程的试验与数值模拟研究工作,提出能合理反映堰塞坝溃口发展规律、溃坝洪水流量过程的数值模型与相应计算方法,为科学预测堰塞坝溃决致灾后果,制定堰塞坝溃决应急预案提供技术支撑。     

泥石流堰塞坝研究进展

泥石流堰塞坝是泥石流堵塞河道而形成的一种天然坝。泥石流堰塞坝在形成过程、坝体物质结构与组成、坝体物质侵蚀速率、溃决过程以及洪水峰值流量等方面与滑坡堰塞坝存在诸多差异性。因此,开展泥石流堰塞坝的形成与溃决机理研究具有重要意义。依次从泥石流堰塞坝的特点、堵河判据和坝体溃决过程与机理等方面,对近年来泥石流堰塞坝方面的研究进展进行了比较系统的阐述与总结;指出了当前研究中存在的问题与不足,并提出了泥石流堰塞坝形成与溃决方面需要进一步研究与解决的关键科学问题。     

金沙江白格堰塞坝自然泄流冲刷溃决过程数值模拟

堰塞坝冲刷溃决及溃决洪水演进过程十分复杂,其溃决洪水对下游人民生命财产构成巨大威胁。利用数值分析方法对大型滑坡堰塞坝的溃决演进过程进行模拟和重演,对堰塞湖下游的避险与防灾减灾具有重要指导意义。以2018年金沙江"10·11"白格滑坡堰塞湖为例,基于无人机获取的地形数据,建立白格滑坡堰塞坝的三维数值模型,采用Flow-3D软件对堰塞坝的自然泄流冲刷溃决过程进行模拟,分析泄流槽内的流速、冲淤变化特征以及下游溃口处的洪峰流量演变过程。模拟结果表明:堰塞坝漫顶冲刷可以划分为溃决冲刷前、溃口快速拓展阶段、洪峰时刻、溃口稳定发展阶段4个时间段;溃决泄流过程中,泄流槽斜坡道上的水流流速较大,冲刷深度最大,堰塞坝下游出现明显淤积;白格堰塞湖溃决过程中出现了明显的溯源侵蚀现象,在泄流槽不断下切的过程中,泄流槽跌坎不断向上游移动。模拟结果有助于进一步深化对金沙江"10·11"白格滑坡堰塞坝冲刷溃决过程和机理的认识,对于堰塞湖应急处置措施和科学避险方案的制定具有一定的参考价值。     

金沙江白格堰塞湖溃坝洪水分析

准确分析预测堰塞湖溃坝洪峰流量可为应急处置方案的制定和应急决策提供技术支撑。采用基于双曲线模型的冲刷侵蚀溃坝洪水分析方法,结合"10·11"和"11·03"白格堰塞湖溃坝洪水分析预测与应急抢险实践,对"10·11"白格堰塞湖自动漫顶溢流过程、"11·03"白格堰塞湖开挖人工导流槽和不开挖人工导流槽溃坝洪水过程进行了分析计算,并与应急除险过程中的实测资料进行对比。结果表明,数值计算结果与实测数据基本一致。这说明冲刷侵蚀模型的溃坝洪水分析方法可较好地分析预测堰塞坝溃决过程,白格堰塞坝溃决洪水分析预测时冲刷侵蚀率取a=1. 1,b=0. 000 5是合适的。此研究成果可供类似土石坝、堰塞坝风险分析和处理类似堰塞湖提供一定参考。     

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。     

溃决型黏性泥石流冲击下大颗粒堰塞坝溃决流量计算方法研究

震后环境下大颗粒堰塞坝溃决流量是设计溃决型黏性泥石流防治工程的关键参数。在宽顶堰流量计算公式的基础上,结合水静力学和流体力学,建立估算大颗粒堰塞坝溃决流量的堵溃模型。为解决如何确定堵溃模型中堵塞系数ω这一难点,通过多处溃决型黏性泥石流典型案例,回归分析堵塞系数ω与最大颗粒直径D的相互关系。最后采用2013年7月13日汶川县七盘沟溃决型黏性泥石流案例检验大颗粒堰塞坝堵溃模型适用性。结果表明:溃决流量堵溃模型中堵塞系数与最大颗粒直径成正比,在泥石流实地调查中,仅需确定泥石流携带的最大颗粒尺寸、潜在堰塞坝宽度和泥石流平均流速,即可快速预测潜在泥石流堵溃点处的溃决流量;七盘沟泥石流的溃决流量估算结果误差较小,为12%,说明大颗粒堰塞坝堵溃模型可用于估算震后地区溃决型黏性泥石流中大颗粒堰塞坝的溃决流量。     

堰塞坝漫顶溃口流量变化过程的数值模拟

根据一般滑坡堰塞坝特点和实际观测到的堰塞坝溃口发展规律建立了一个溃口扩展模式,并将溃口扩展过程归纳为溃口垂直下切、横向扩展和坝坡溯源冲刷3种主要表现形式,采用通过试验资料建立的高强度泥沙冲刷计算公式将这3种表现方式联系在一起,建立了堰塞坝逐渐溃决数学模型,并利用实测溃坝资料验证了模型的可靠性.考虑到溃坝洪水计算的极大不确定性,本文对计算模型中的关键参数给定一定变幅范围进行计算,研究了其对计算结果的影响.研究结果表明,堰塞坝残留坝体高度和坝体物质抗冲性是影响溃坝流量的最重要因素,库容特性的影响相对较小.     

堰塞坝溃决洪水的三维视景模拟关键技术

我国是地震多发区,地震形成的堰塞坝一旦溃决,对下游城市和保护区将产生严重影响。由于堰塞坝溃决的复杂性和不可重复性,因此单一的数值模拟和物理模型试验均无法全面展现其变化特征。而三维视景模拟可在虚拟环境中精确地提供堰塞坝溃决及洪水演进的动态演变过程,具有显著的优势。本文重点阐述了堰塞坝溃决洪水三维视景模拟的基本原理和关键技术,基于堰塞坝溃决洪水计算模型和三维视景仿真技术之间的耦合,对堰塞坝溃决洪水进行三维分析和仿真,实现堰塞坝溃决洪水的三维视景模拟仿真与应用。相比传统的一维或者二维水动力学计算和展示,三维视景模拟更为准确和直观,它为堰塞坝溃决洪水问题的深入研究提供了一条行之有效的途径,可为提前制订应对方案和降低堰塞坝溃决所带来的损失提供参考依据。     

堰塞坝慢顶溃决流量过程数值模拟

堰塞坝的溃口流量过程是堰塞湖应急处置与风险管理的关键问题,采用数值模型计算分析堰塞坝溃口流量过程的关键是正确模拟溃口形成机理。本文在前人工作基础上,根据一般滑坡堰塞坝特点和实际观测到的堰塞坝溃口发展规律建立了一个溃口扩展模式,将溃口扩展过程归纳为三种主要表现形式,采用试验资料建立的高强度泥沙冲刷计算公式将溃口冲刷的三种表现方式联系在一起,建立堰塞坝逐渐溃决数学模型,利用实测溃坝资料验证了模型的可靠性。考虑到溃坝洪水计算的极大不确定性,对计算模型中一些关键参数给定一定变幅范围研究了这些参数对计算结果的影响。     

堰塞坝溃口溃决速率影响因素试验研究

针对影响堰塞坝溃口发展的主要因素制定了试验方案,采用刻度纸以及摄像机全方位地记录不同工况下溃口的横纵断面形成、发展、变化的全过程,以此来分析入库流量、堰塞坝物质组成、坝后坡度、坝顶长度和坝顶开槽宽度等因素对堰塞坝溃口变形平均速率的影响。试验结果表明:堰塞坝的粗沙含量、坝顶长度、坝顶开槽宽度与溃口下切、展宽平均速率最大值呈反相关关系;堰塞坝坝后坡度与溃口下切、展宽平均速率最大值呈正相关关系;上游入库流量与溃决过程初始时段下切平均速率呈正相关关系,与展宽平均速率最大值呈反相关关系,但在整个溃决过程中变形平均速率最大值对入库流量敏感性不强。     

金沙江白格堰塞体结构形态与溃决特征研究

四川、西藏交界处的金沙江右岸白格村所在岸坡于2018年10月10日和11月3日发生两次失稳滑坡,堵塞金沙江形成堰塞湖。在介绍堰塞湖形成过程及成因的基础上,分析了堰塞体结构及形态特征、溃决发展阶段、溃决特征值,并将这些特征参数与以往一些堰塞湖作了比较。分析表明:该堰塞体总体由细颗粒组成,表面及下游侧粗颗粒增加,抗冲性差、库容、来水量及堰塞体物质组成是决定溃决峰值流量的关键因素,来水量、堰塞体抗冲性及堰塞体溃流段长度是决定坝体溃决时长的关键因素。     

唐家山堰塞湖应急排险设计及综合整治的设想

在分析研究唐家山堰塞坝地形地质条件、物质组成、通口河段水文条件的基础上,针对堰塞坝特点及各种溃决可能,提出了三种工程处理措施方案,并根据现场施工情况及水文特性及时进行动态调整,从而满足了现场施工及利用水力特性溯源冲刷泄流的要求,实现了有效控制泄流过程及减少对下游影响的目的,成功解除了唐家山堰塞湖对下游人民生命财产的严重威胁。对泄流后的唐家山综合治理进行了进一步的专题研究,提出了综合治理的设想、技术路线。     

堰塞坝及其溃决模拟研究评述

堰塞坝形成突然、危险性大,对下游人民生命财产安全、生态环境和社会经济形成巨大威胁,研究堰塞坝的溃决成灾机理与应急条件下的除险减灾方法,具有极其重要的科学价值和实际意义。结合国内外堰塞坝及其溃决相关内容的研究现状,评述了堰塞坝的形成过程和特征、溃决过程以及除险减灾等方面的研究进展,提出了未来堰塞坝及其溃决研究中需要重点关注的若干重大关键问题:1堰塞体形成过程中的土石料堆积分选机制;2强非恒定流、非均匀流下的输沙理论;3多机理耦合的溃口发展模型;4大尺度堰塞坝溃决实体模型试验;5如何降低除险减灾策略制定过程中的不确定性。     

堰塞坝溃决参数及其寿命预测

堰塞坝溃决洪水对下游影响区域的人民生命财产、基础设施以及生态环境构成严重威胁,提高堰塞坝溃决参数及其寿命预测的准确度是应急处置的迫切需求。本文对全球1957组堰塞坝案例分别进行地理、统计学分析,在得到溃决参数主要影响因素的基础上,选取数据库中拥有完整信息的48组案例,利用非线性回归方法分别建立了洪峰流量、破坏深度、溃口顶宽、溃口底宽和溃决时长的预测模型,其均具有较高的拟合程度。之后分析了堰塞坝溃决参数的敏感性,结果显示坝高对溃决过程有显著影响。此外,基于19组寿命信息充分的案例,使用不同自变量和算法分别建立了蓄水阶段持续时间、溢流阶段持续时间的预测模型,并采用加权融合法提出了相应的融合模型。该成果可为量化评估堰塞坝溃决过程参数和寿命预测提供参考。     

地震堰塞湖风险影响评价定性分析

"5·12"汶川特大地震形成了上百处堰塞湖。文章主要以绵远河堰塞湖群排险工程为例,定性分析堰塞湖群溃决的风险影响因素。影响因素包括上游堰塞体溃决断面距坝前河道距离、河道特性、堰塞体组成成分、上游堰塞体的溃决水量、溃决高度和宽度、下游堰塞体形态等。针对这些因素,对绵远河堰塞湖群的排险治理提出建议。     

堰塞坝漫顶溃决试验及相关数学模型研究

针对当前堰塞坝溃决试验粒径取值偏低和粒径相差不大的现状,采用两组粒径差别明显的砂样进行了堰塞坝垭口漫顶溃决试验。试验表明,同条件下粗、细两种颗粒坝体的溃决现象有着较明显的不同。垭口挡板提起后,细颗粒坝体以下切侵蚀为主,冲刷强度比较剧烈,坝体较容易发生溃决;而粗颗粒坝体则是以渗流出流形成的溯源冲刷为主,冲刷强度较低,溯源面逐渐向上发展,只有当其发展到垭口下端附近时坝体才有可能迅速发生溃决。试验还发现,下游坝坡对溃决过程的影响比较显著,坝坡越陡,坝体越易溃决,溃口的平均展宽速率也越大。此外以deVries输沙率公式为基础建立了具有物理意义的概念性溃口出流计算模型,并采用试验实测数据对该模型进行了验证,结果表明该模型具有良好的适用性。     

天然团聚岩土料滑坡堰塞体模型试验研究

滑坡堰塞坝主要形成于高山峡谷地区,在我国川西南地区尤为常见.掌握其形成过程和堆积特点有助于准确分析堰塞坝溃决风险、科学制定应急抢险措施,从而最大限度地降低灾害造成的生命财产损失.本文通过开展滑坡堵江室内物理模型试验,研究了堰塞坝的形成过程及坝体物质结构特点.试验采用不同物理性质的天然团聚土料作为堰塞体物源,记录了其在模...     

堰塞体危险性快速评价指标与分级研究

堰塞体为快速形成的自然堆积体,结构较为松散,物质组成复杂,其后续发展难以把握,需快速进行堰塞体危险性分级判断,方可为堰塞湖处置决策提供依据.通过梳理已有堰塞体溃决影响因素机制分析、堰塞湖溃决现场观察、物理模型试验和典型案例统计分析成果,并以堰塞湖库容、来水量、堰塞体物质组成和几何形态为主要判断指标,以渗透破坏、涌浪及地...     

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。     

某堰塞坝冲刷溃决数值模拟分析

堰塞坝发生溃决破坏会严重威胁下游人民的安全。为降低其对下游的威胁,文章以黑西洛沟滑坡-泥石流-堰塞湖灾害为例,通过Flow-3D软件对坝体溃决过程进行模拟,得到流速特征及溃口冲淤情况。结果表明：泄流过程中,溃口逐步扩展,坝体下游出现侵蚀破坏,随后溃口向上游发展;泄流槽末端最大流速达到17.5m/s,溃口迅速下切,冲刷深度达25.7m。坝体下游出现淤积,淤积高度达8.4m。溃决过程中,跌坎不断向上移动,发生溯源侵蚀。研究成果有助于深入分析黑西洛堰塞坝溃决过程及机理,为今后处置堰塞体提供支持。