金沙江“10·10”白格堰塞湖溃坝洪水反演分析

准确预测堰塞湖溃坝洪水流量过程在堰塞湖应急抢险过程中极其重要。以白格堰塞湖下游水文站实测的洪水过程为依据,通过DB-IWHR溃坝洪水分析程序和GST洪水演进模型,分别采用不同冲刷侵蚀参数对"10·10"白格堰塞湖漫顶自然泄流过程进行了反演分析。结果发现:冲刷参数a=1.100 0、b=0.000 6时,叶巴滩、拉哇水文站模拟结果与实测流量结果最为接近。由此判断"10·10"白格堰塞湖溃决洪峰流量为10 882.78 m~3/s,溃决历时6.2 h到达洪峰流量,最终溃口水面宽度为99.66 m。运用DB-IWHR溃坝洪水分析程序结合基于GPU加速技术的GST洪水演进模型,计算效率得以大大提高,可以在应急抢险工作中实现快速、精准的预测。     

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。     

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演进高性能数值模拟

为高效准确地计算堰塞湖溃坝洪水演进过程,采用基于GPU加速技术的二维水动力模型模拟了2018年金沙江"10·10"与"11·3"白格堰塞湖溃坝洪水演进过程,并将模拟流量过程结果与下游叶巴滩、苏洼龙的实测流量结果进行了对比。模拟结果表明:对于无高精度地形资料的山区,该二维水动力模型可以较好地模拟溃坝洪水演进过程。在计算效率方面,在462万网格的地形数据上模拟40 h洪水演进过程,两次模拟事件分别耗时61 min和74 min。可见该二维水动力模型在模拟洪水演进时非常高效,对洪水应急抢险事件可做到快速预测,为决策者提供有力的数据支撑。     

金沙江白格堰塞湖处置中水库应急调度经验与启示

2018年10、11月金沙江四川、西藏交界的白格村接连发生两次山体滑波并引发堰塞湖险情。长江水利委员会按照水利部统一部署,及时启动应急响应,科学分析堰塞湖洪水风险,提前研究工程处置方案,科学调度金沙江中游水库,为成功处置这两次堰塞湖险情提供了强有力的技术支撑。详细介绍了溃坝洪水演进过程,以及在处置"11·3"堰塞湖洪水期间,提出的针对堰塞体溃决前后两阶段四步走的腾库实施方案。通过优先使用梨园、阿海、金安桥水库拦蓄洪水,金沙江中游梯级水库约腾出13亿m~3库容消纳溃坝洪水,将金沙江上游万年一遇洪水消减为一般洪水,全力保障下游水库安全,成功实现堰塞湖应急处置。     

堤坝漫溃机理、模型及溃决洪水模拟技术与应用

为提升堤坝溃决险情处置和溃决灾害防御能力,多年来长江科学院河流研究所采用物理模型试验、水槽试验、理论分析、数值模拟等方法研究了堤坝漫溢溃决的机理、模型与模拟技术。其主要成果包括：揭示了堤坝漫溢溃决机理,解析了“溯源陡坎冲刷”在堤坝溃决过程中的作用,提出了溯源陡坎冲刷模式和堤坝漫溢溃决模式;基于物理机制,研发了溯源陡坎冲刷二维数学模型和堤坝漫溢溃决数学模型;发展了适应溃坝水流急变特征的一、二、三维溃坝洪水运动模拟技术及地形处理方法,并初步探索了溃坝水流的三维流场与动压特性;总结评述了相关领域的研究进展。研究成果成功应用于唐家山、白格等历次堰塞湖溃决险情的应急处置和决策制定,并为今后堤坝(含堰塞坝)溃决险情的科学应对提供了技术参考和经验借鉴。     

唐家山堰塞湖应急疏通工程关键技术

遵循"安全、科学、快速"的原则,唐家山堰塞湖从制订除险方案到险情排除,历时仅20余天.泄流渠泄流过程中溯源冲刷下切,逐步扩大过流断面加速泄流,避免了快速溃坝;下泄洪水过程中下游群众无一人伤亡,重要基础设施完好,没有造成损失.整个过程和结果印证了最初的判断,验证了技术方案的正确性.文章系统论述了唐家山堰塞湖应急疏通处置过程中的控制环节和关键技术.     

白格堰塞体风险后评估——再次堵江洪水分析和应对措施

2018年10月10日和11月3日,金沙江上游白格地区发生两次大型山体滑坡形成堰塞湖,对下游造成了巨大破坏。根据白格滑坡残留体变形监测,仍具有下滑堵江风险,下游4座在建水电站仍面临风险。文章对下游叶巴滩、拉哇、巴塘、苏洼龙水电站进行调洪计算及风险分析,成果表明:2021年汛前苏洼龙水电站大坝蓄水后将具备防洪功能,届时将阻断溃坝洪水向下游演进,但因该工程地处下游,无法减轻上游3个电站的防洪压力; 2025年汛前叶巴滩大坝修建至2840m时,可阻断溃坝洪水向下游的演进;当前至2025年汛前在叶巴滩坝体尚未形成规模时风险依然存在,对此提出了卸载残留堰塞体的方案及建议,并已获实施。     

几种溃坝模型在溃决洪水模拟中的适用性比较

使用一维溃坝模型对唐家山堰塞湖溃决过程进行模拟,研究了推移质公式和边岸侵蚀模型对模拟结果的影响.溃决洪水流量过程线、溃口展宽过程和床面冲刷过程的对比表明,Meyer-Peter&Muller公式在描述漫顶溃坝初始阶段时存在计算冲刷偏小的现象,其可能原因是输沙率与Shields数的高阶(1.5次)非线性关系.本文的比较结果,有助于提高溃坝条件下推移质公式和边岸模型适用性的认识.     

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。     

堰塞湖逐渐溃决洪水模拟及溃口变化影响分析

堰塞湖溃决一般为逐渐溃方式,溃决洪水与溃口变化关系密切。基于MIKE11水动力学模型和谢任之逐渐溃经验公式,开展了雅鲁藏布江堰塞湖典型溃坝方案下的溃坝洪水复演工作。在此基础上,针对溃口演变形式及演变历时差异,探讨其对溃坝洪水的影响。研究表明:MIKE11模型及谢任之经验公式模拟结果相近,假定的2/3溃坝方案成果可作为溃坝洪水计算的安全阈值;溃口演变形式及历时均对溃坝洪水有一定影响,溃口线性变化下形成的洪峰较非线性变化增加约15.3%～19.5%;洪峰与溃口历时存在非线性关系,溃口历时越短,洪峰越大;溃口大小及演变历时受堰塞体土质影响较大。研究成果进一步加深了我们对堰塞湖溃坝洪水的认识,可为堰塞湖抗洪抢险决策提供技术参考。     

水位快速变动下白格堰塞湖水位监测方法

水位是水文应急监测最基本、最重要的观测要素之一。白格堰塞湖水位监测环境恶劣,水情复杂。采用多种水位监测手段,取得了堰塞湖形成至采取工程措施泄流溃坝后的完整水位监测资料。针对堰塞湖溃坝后下游水位快速变动条件,创新性地提出了基于无协作目标全站仪水位预判监测法:水位上涨时预先测量高出水面一定高度目标的高程值,待水位上涨至该高程时记录相应时间;水位下降时,先记录水位对应的时刻,后观测相应时刻的高程值。该方法实现了水位快速变动条件下的有效水位监测,保证水位值与相应时间的匹配性。利用该法进行白格堰塞湖下游60 km叶巴滩水位站水位监测,取得了超大洪水、高流速、水位快速变动条件下的水位连续变化过程,收集了罕见条件下水文应急监测基础资料。采用无协作目标全站仪预判法进行水位应急监测,方法行之有效,可保障人员设备安全,水位监测成果可靠、精度高,丰富了水位应急监测的手段。     

唐家山堰塞坝工程引流效益水力学计算分析

利用MIKE 11溃坝洪水计算模型计算了唐家山堰塞湖溃坝洪水过程，并与实测洪水过程进行了比较。分析比较结果为：计算流量过程与实测流量过程基本相符；下游几处典型断面的流量误差最大为2.9%；实施堰塞湖导流工程后，各典型断面的流量比不实施导流工程自由下泄的流量减少了65.4%~66.4%；导流工程的实施大大降低了堰塞湖下泄洪水下游人民生命财产的威胁。     

滑坡堰塞湖溃坝波影响因素数值模拟

为了解滑坡型堰塞湖溃坝洪水可能的影响范围,对溃坝的影响做出定量的估算,利用流体计算软件Fluent对不同溃决模式和河道工况溃坝波(即溃坝流动过程)进行数值模拟,研究不同溃坝程度、水深比、坡降比和河道弯曲程度条件下溃坝波的演进过程,为分析堰塞湖的安全性提供科学的依据。     

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。     

堰塞湖溃坝快速定量风险评估方法——以2014年鲁甸地震形成的红石岩堰塞湖为例

2014年8月3日云南昭通市鲁甸县发生6.5级地震,形成高83 m,库容2.6亿m³的红石岩大型堰塞湖,严重威胁上下游生命财产安全。由于震后地质条件恶劣,道路堵塞,环境危险,且堰塞坝寿命极短,现有方法很难在有限时间内对堰塞坝进行快速且定量风险评估。本文提出一套基于最基本的堰塞坝几何参数、河道三维地形信息和人口分布数据的快速定量风险评估方法,可以实现任何堰塞坝突发区域内的溃坝、洪水演进和生命损失分析:首先采用地理信息工具快速获取坝址、上下游河道三维地形信息;然后采用统计模型和HEC-RAS软件模拟溃坝和洪水演进过程;最后采用风险分析模型计算得到下游生命损失。本文将该方法应用于红石岩堰塞湖案例分析发现:开挖泄流槽可以降低峰值流量和生命损失,但不能防止溃坝;开挖泄洪支洞后,可以避免在非汛期情况下发生溃决;但在极端洪水情况下(如百年一遇)仍会发生溃坝,并产生较大的洪水和生命损失,因此仍需要加固坝体,做好观测,并准备好应急预警和疏散预案。本方法可针对突发堰塞湖进行快速定量的风险评估,为堰塞湖的应急管理和决策提供依据。     

对唐家山堰塞湖溃坝洪水计算的主要认识

通过溃坝计算可以对堰塞坝的溃决影响作出定量估计，以制定有效的除险方案和避险措施。采用MIKE 11溃坝洪水计算模型，对唐家山堰塞湖不同溃决历时、溃口形状及溃口发展过程情况下的溃坝洪水进行了计算分析，并对河道糙率、通口电站滞洪、干流洪水遭遇等条件进行了敏感性分析。通过上述计算分析，提高了对溃坝洪水及下游洪水演进的基本认识。     

唐家山堰塞湖溃坝洪水演进及下泄过程复演

将溃坝模型和传统一维非恒定流模型相结合，建立了溃坝洪水演进数学模型。采用DEM数字模型插值技术，快速获取了模型计算所需的断面地形，适合于资料缺乏情况下的应急模拟计算。采用该模型，进行了唐家山堰塞湖典型溃坝模式下的洪水演进计算和湖水实际下泄过程的复演计算。实测资料的验证结果表明，计算与实测的水位、流量过程符合较好，模型可靠。建立的模型及相关处理方法值得在堰塞湖应急除险及其它溃坝问题模拟计算中推广应用。     

滑坡堰塞湖溃坝波影响因素分析

滑坡堰塞湖坝体随着上游水位的不断上升极易失稳。基于流体计算软件Fluent,对水体在重力作用下的塌落及演进过程进行数值模拟,分析溃坝洪水在下游河道传播过程中的影响因素,结果表明:上下游水深比、下游河道坡降及弯曲程度均对溃坝洪水的推进速度、波形及流量产生影响。水深比比较小时,下游洪水推进较快;下游河道坡降越大,洪水推进速度越快,流量越大;下游河道弯曲度≥0.25时,溃坝洪水受影响比较明显,波前传播速度减缓,能量耗散增大。     

堰塞湖信息获取与溃坝洪水预测

准确及时的信息获取是开展堰塞湖灾变过程预测、溃决洪水演算、风险评估和应急处置的先决条件,溃决洪水预测则是风险评估和应急处置的技术支撑。以2018年秋在金沙江白格和雅鲁藏布江米林前后发生的4次堰塞湖及其应急处置工作为背景,分析介绍了堰塞湖应急处置的现状和存在的问题,归纳总结了在管理实践中堰塞湖在信息获取、洪水预测及其风险评估等方面积累的经验和技术手段。根据这些应急处置中相关信息获取和洪水预测技术的应用效果,提出了今后应加强的技术领域,以期为今后类似突发的堰塞湖应急处置提供借鉴。