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。     

大桥水库大坝逐渐溃决的数值模拟

根据逐渐溃坝模型原理和FLUENT软件的二次开发程序,建立两种逐渐溃坝模型,编制水库水位随溃坝洪水下泄而变化的UDF程序和溃口动态变化的UDF程序,对大桥水库大坝溃决过程和溃坝水流进行三维数值模拟,较准确地描述了大坝溃决的机理、溃口发展过程、坝址处洪水的水位和流量过程线,对比分析了线性模型和冲蚀模型的水位过程、流量过程、水面形态、流速分布等模拟结果。分析表明,三维逐渐溃坝模拟能形象而精确地展示溃口的水面形态和流速场分布。     

小型水库超标准洪水溃坝模拟及风险分析

我国小型水库数目众多，承担着防洪、灌溉、供水等重要作用。为减少水库遇超标准洪水溃坝后下游风险区的生命财产损失，以南王水库为研究对象，考虑水库遇超标准洪水下瞬时溃坝与渐进式溃坝两种溃坝形式，采用DB-IWHR溃坝模型模拟溃口流量过程，利用MIKE软件构建一二维耦合模型模拟洪水演进情况并进行风险分析。结果表明，下游淹没情况符合溃坝洪水演进的一般规律，模型可较好模拟超标准洪水引起大坝溃决的溃口流量与洪水演进过程，可为小型水库超标准洪水溃坝应急预案提供参考。     

平原河网地区水库溃坝洪水数值模拟分析——以江西省柘林水库为例

为了克服传统一维水动力学模型在模拟平原河网地区溃坝洪水中的不足，准确模拟洪水漫溢堤防后泛洪区溃坝洪水演进过程，建立了平原河网地区水库溃坝洪水计算的一维-二维耦合模型。以江西省柘林水库为例，计算了水库不同工况下的溃坝洪水及其在下游洪泛区的演进过程，分析了溃坝洪水的淹没风险。结果表明：柘林水库遭遇可能最大洪水漫顶溃决和管涌渗透破坏溃决工况，坝址洪峰流量分别为87 000 m³/s和46 000 m³/s;修河干流柘林坝址至虬津河段两侧有山头控制，溃坝洪水可被约束在狭窄的山谷内，水位涨幅较大；虬津以下为开阔的滨湖平原，水位涨幅下降明显。研究成果可为平原河网地区溃决洪水计算提供借鉴，并为柘林水利枢纽工程突发溃坝事件应急处置提供技术支撑。     

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。     

River2D模型在溃坝洪水演进数值模拟中的应用

River2D模型能模拟溃坝洪水在水库下游地区的演进过程.为模拟水库溃坝洪水演进,以江西省大余县油罗口水库为例,利用River2D模型模拟大坝溃决后洪水在下游的演进,预测洪水淹没范围、水深及流速等洪水风险信息.     

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。     

花凉亭水库溃坝洪水演进研究

为提高花凉亭水库大坝安全管理水平和应对突发事件的能力,增强溃坝和超标准泄洪等突发事件防控能力,确保下游生命财产安全,维持社会经济可持续发展,针对花凉亭水库3种溃坝洪水工况,采用BREACH-MIKE21耦合模型,对坝址溃口流量及溃坝下泄洪水演进进行了分析计算及灾后损失评估,结果表明：花凉亭水库遭遇10 000年一遇校核洪水导致漫顶溃坝为最不利溃坝工况,该工况下,水库下游溃坝洪水淹没面积共956.44 km²,坝址处洪峰流量达到66 213 m³/s,最大淹没水深为17.61 m, 7 h后洪水将到达距坝址最远处控制断面,预估受灾人口接近69.45万人,预估损失GDP达到287.54亿元。计算结果可为溃坝洪水灾害预防,提高大坝安全管理应急预案的可行性及有效性提供支撑。     

新疆洛浦县布尔库木水库溃坝洪水数值模拟

布尔库木水库位于新疆和田地区洛浦县多鲁乡境内,水库周边及下游居民点、耕地密布,水库一旦发生溃坝洪水事件危害较大。根据水库工程特性,采用BREACH模型和简化计算法模拟溃坝洪水。BREACH模型是应用泥沙冲刷公式计算溃口发展过程和溃决流量过程的模型,无需预先设定溃口最终形态。简化计算法计算简单、参数少,可计算坝址处最大溃坝流量。研究成果对制定水库突发洪水事件应急预案和风险评估,以及其他均质土坝小型水库溃坝模拟具有一定指导意义。     

基于BREACH模型的某水库土坝溃坝分析研究

雨洪频发易使土坝溃决,可能带来严重失事后果,因此有必要开展坝溃及其影响分析。基于BREACH模型,对某水库土坝进行溃坝分析研究。结果表明,在管涌溃坝模式下,随着洪水量级的增大,最大溃决流量、最终溃口宽度和累计下泄流量增大;在相同洪水量级条件下,漫顶溃坝的最大溃决流量和最终溃口平均宽度均较大,相对危险性更大;在给定方案中,地震突发情况相对于其他方案较为安全。最后,累计下泄流量与初始库容及入库洪量之和相等,验证了模型计算的合理性。     

大坝瞬时溃决水流数值模拟——以Malpasset水库为例

建立反映天然条件下大坝瞬时溃决水流特点的数学模型,模型采用有限体积法对二维浅水方程进行非结构离散,利用Roe格式的近似Riemann解来计算网格界面处的通量。为避免采用堰流公式估算溃口流量带来的误差,将水库库区与大坝下游的计算区域统一划分计算网格,溃口处流量由计算格式自动识别。以Malpasset水库为例,对数学模型进行了验证。通过与实测数据的比较可以看出,该模型较好地模拟了大坝瞬时溃决后的洪水运动过程,模拟结果可以为溃坝洪水风险分析提供科学依据。     

简讯

大尺度溃坝首次试验开展大尺度溃坝首次试验日前在安徽滁州大洼水库进行。本次试验是“十一五”国家科技支撑计划重点项目“水库大坝安全保障关键技术研究”的课题之一。大洼水库位于安徽省滁州市施集镇花山村境内,控制流域面积2·71km2,总库容约10万m3,以灌溉为主,水库大坝总长120m,坝顶宽3m,最大坝高10m。本次试验技术难度大,技术要求高,进行如此大尺度的溃坝试验在国内外尚属首次。大洼水库大尺度溃坝试验旨在建立大尺度物理模型,模拟上游水库、下游河道的实际情况,并尽量保证坝体的结构、材料、力学性能相似。开展洪水漫顶、坝基管涌等导致的溃坝模型试验,从整体上观测大坝溃口形态、溃口形成发展过程、上游库水位降落过程、溃坝流量过程和下游洪水演变过程,进一步研究溃口冲蚀下切、横向扩展和溃坝流量(流速)之间的相互关系,探究溃坝形成机理,为溃坝预防、预警及溃坝应急、应对提供技术支撑。溃坝机理和溃决洪水研究是水库大坝安全保障体系的关键内容,是直接关系到降低大坝风险、应对突发性洪水事件能力建设的一项基础性研究。由于大坝坝型众多,溃决过程的复杂性、不确定性,至今人们对溃坝机理和溃坝洪水运动规律的认识仍有待进一步深化。我国大坝数量、坝型...     

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。     

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。     

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。     

二维流模型在西关水库溃坝分析中的应用

溃坝洪水一般发生时间短,洪峰流量大,淹没范围广,对于溃坝洪水进行模拟演进分析,并采取相关预防措施十分必要。以迁西县西关水库为例,模拟工况考虑水库坝址下游新建铁路桥1座,分析当西关水库大坝发生溃决时对下游铁路桥的影响。     

广西驮英水库施工围堰溃坝洪水分析

以驮英水库施工围堰溃坝洪水分析为例,结合水库施工方案拟定不同溃坝计算工况,推求施工围堰遭遇超标准洪水漫顶造成围堰溃决后溃坝最大流量、溃坝洪水向下游演进过程,分析溃坝洪水对下游的淹没影响,为编制水库施工期安全度汛应急预案提供技术参考,为水库工程施工及下游防洪安全提供保障.     

基于MIKE FLOOD的城区溃坝洪水模拟研究

大坝安全不仅影响工程效益,还影响人民的生命和财产安全,溃坝洪水模拟可以对水库大坝的失事影响做出评估,对制定应急预案和防洪减灾具有重要意义。以深圳市龙华新区民治水库及下游片区为研究对象,基于MIKE FLOOD将MIKE11模型和MIKE21模型进行动态耦合,对溃坝洪水在下游的演进过程进行仿真模拟。模型采用瞬间溃(瞬间部分溃和瞬间全溃)以及逐渐溃两种溃决方式,分别模拟4种工况下的溃口流量过程线以及下游洪水演进过程。结果表明:瞬间溃的洪峰流量较大,出现在溃坝开始时刻,而逐渐溃的洪峰流量相对较小,出现在渗透破坏变形发展至上部坝体坍塌时刻,之后均随库区水位逐渐降低,下泄流量变小,直至库区水体排空。溃坝洪水对上游地区横岭村附近破坏较大,淹没水深较深。民治河中游段居民和商业区附近洪水流速接近5 m/s,对建筑物有一定破坏力,左侧向南村地势较低,淹没情况最为严重,并且在洪水消退后仍有3 m左右积水。民治河下游地区在洪水消退后也有少量积水。     

水库溃坝洪水计算及影响分析——以礼亨水库为例

该文采用圣维南方程参数模型计算礼亨水库在最不利工况下的溃坝洪峰流量,大坝瞬时全溃坝址处洪峰流量为25148 m3/s,为水库千年一遇校核洪水标准洪峰流量的49.8倍,然后采用黄河水利委员会水利科学研究所的实验公式求得礼亨水库下游重要控制断面溃坝洪水到达时间及最大流量到达时间,最后利用arcgis软件模拟溃坝后下游地区洪...     

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。