红石岩堰塞湖应急处置的关键技术

云南鲁甸"8·03"地震导致牛栏江红石岩水电站下游600 m处山体滑坡堵江,形成最大库容达2.6亿m3的堰塞湖,对下游天花板、黄角树两座水电站及下游3万余人造成极大威胁,需采取及时有效的应急处置措施。本文基于无量纲堆积体指标法判断堰塞湖溃决的可能性,总结该堰塞湖应急处置措施,并对不同开挖方案泄流槽的泄流能力及运用DB-IWHR程序的溃坝洪水对比分析,结果表明:实际采用的开挖深8 m、宽5 m泄流槽方案是最恰当的应急处置工程措施。此研究成果可供处理类似堰塞湖参考。     

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。     

白格堰塞湖应急处置工程措施方案设计

2018年10月10日及11月3日,西藏自治区昌都市江达县波罗乡白格村的金沙江江段同一地点先后发生了两次堰塞体堵江。其中,"11·3"滑坡形成堰塞湖预计蓄水量可达7.7亿m3,对下游形成重大安全威胁,需要进行及时合理处置。在比较了爆破、水冲、人工开挖、机械开挖形成引流槽的可行性和安全性后,采用机械开挖形成引流槽的方式干预处置。介绍了应急处置工程方案和施工动态优化。至11月15日溃堰洪水安全下泄进入下游水库,金沙江各梯级水库平安度险,成功解除白格堰塞湖险情,无人员伤亡,堰塞湖抢险处置工作取得阶段性胜利。     

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。     

白格堰塞湖抢险处置应急管理与经验启示

基于2018年金沙江白格堰塞湖应急处置工作,全面总结了部际联合会商、央地协同联动等应急抢险工作机制,深入分析了金沙江中游梯级水库群联合调度削峰对防灾减灾所发挥的重要作用。研究表明,若无梨园水库拦蓄,将可能新增淹没面积约160 km²,必对沿江两岸造成更大的损失。据此认识到,迅速获取堰塞湖信息是抢险处置的前提,快速研判堰塞湖风险是重要支撑,精准分析溃决洪水是核心技术,协同联动工作机制是基本保证,动态抢险工程管理是科学方法,完善的高坝水库群是应对洪灾的根本手段。进而提出加强乏信息条件下堰塞湖多源信息快速获取与处理技术、乏信息条件下风险快速研判技术能力、抢险处置专用装备研发、抢险工程统筹管理和协同联动体系完善、高坝水库群开发建设和风险防控与应急调度体系建设等建议,为堰塞湖应急管理水平提升和流域综合防灾减灾提供借鉴。     

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。     

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。     

不同横断面泄流槽的地震堰塞湖溃决实验研究

堰塞湖的溃决问题是研究堰塞湖的核心内容之一,也是堰塞湖进行排险和处置的重要依据.本文以唐家山堰塞湖为原型,设计室内1∶250的近似模型实验,完成了堰塞湖自然溃决实验、梯形槽堰塞湖溃决实验、三角形槽堰塞湖溃决实验和复式槽堰塞湖溃决实验,通过对溃决过程中堰塞坝内部土体体积含水量变化特征、泄流槽侵蚀特征和溃决流量过程的分析,获得以下认识:(1)溃决初期以下切侵蚀为主、后期以侧蚀为主;溯源侵蚀方面,自然溃决表现最强烈,人工辅助溃决实验中溯源侵蚀由强到弱依次为:复式槽、三角形槽、梯形槽;(2)人工辅助溃决在一定程度上削减了洪峰流量,与自然溃决相比减小了7.7％ ～20.1％,表明开挖人工泄流槽降低坝前水位的措施对于降低堰塞湖溃决风险是可行的;(3)以溃决流量增长率高或到达溃决洪峰时间短为判定溃决初期排泄效率高的标准,对比3组人工槽溃决实验,排泄效率由高到低依次为:三角型横断面、复式横断面、梯形横断面.针对唐家山堰塞湖处置,可在梯形槽基础上开挖三角形槽变为复式槽来进一步提升溃决初期排泄效率.     

高危堰塞湖引流槽结构形式优化试验研究

针对高危堰塞湖溃决早期泄洪效率低下以及溃决洪峰难以控制等工程难题,通过室内物理模型试验优化调整引流槽横、纵断面结构形式,对比研究了常规梯形断面、复式断面以及垂直陡坎式引流槽条件下堰塞湖溃决洪水的特点。研究结果表明：不同结构形式引流槽堰塞湖溃决洪水过程普遍可划分为溃决初始阶段、溯源冲刷阶段、快速发展阶段以及恢复稳定阶段。相比于常规梯形断面引流槽,复式断面引流槽可明显降低堰塞体过水高程,加速溃决初始阶段发展,缩短堰塞湖蓄水时间,降低最大壅高水位,可减小最大溃决洪峰约17%。垂直陡坎可增大溃决水流局部流速,加速溯源陡坎回溯冲刷,明显加速堰塞湖溃决发展,缩短堰塞湖蓄水时间,降低堰塞湖最大壅高水位,且削减溃决洪峰最低仍能达到11.4%。     

堰塞湖应急处置的技术措施

以某堰塞湖的处置为例,对处置原则和处置措施进行了论述。认为:首先应对堰塞湖进行了安全性评价,根据堰塞体所处河流多年水文资料,预测堰塞湖应急处置期间可能出现的最大来水量和水位,作为其风险评估的依据。其次,根据风险评价结果,制定工程措施和非工程措施进行处置。工程措施包括:堰塞体开渠泄洪、引流冲刷、拆除,上游垭口疏通排泄、湖水机械抽排、虹吸管抽排、新建泄洪洞等。引流槽断面宜设计成窄深状,出口设置应有利于产生溯源冲刷。非工程措施包括:应急避险范围确定、应急避险预案和应急避险保障。对类似堰塞湖的处置具有参考作用。     

唐家山堰塞湖应急处置技术特点与体会

四川汶川大地震造成北川附近唐家山山体大滑坡，形成一座危害程度极高的堰塞湖。为避免堰塞坝溃决而导致严重的次生灾害，由水利部组织实施了唐家山堰塞湖除险工程措施。工程应急处置方案为开挖泄流渠引流冲刷，并在实施过程对方案进行动态调整优化。唐家山堰塞湖排险施工历时17 d，成功地解除了险情，工程施工与泄流过程未造成人员伤亡。在唐家山应急除险中，充分体现行业专业优势和技术支撑作用，应急处置中采取的“因势利导、借力自然、安全可控”的技术思路，可作为其他大型堰塞湖抢险的科学指导原则。     

金沙江“10·10”白格堰塞湖溃坝洪水反演分析

<正>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=1.100 0、=0.000 6时,叶巴滩、拉哇水文a b     

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。     

基于快速连溃洪水计算的梯级堰塞湖风险分析

地震滑坡堵江作用形成的梯级堰塞湖,上下游单元之间存在级联效应,增大了溃决风险和成灾规模。及时合理的应急方案可以有效保证上下游的生命财产安全,然而现阶段缺乏快速定量的梯级堰塞湖的风险分析方法。以溃口洪水计算为核心,结合河道洪水演进计算和水库调洪计算,提出了一种梯级堰塞湖连溃洪水的快速计算方法,并应用至国内外第一个具有详细数据资料的梯级堰塞湖小岗剑梯级堰塞湖溃决实例中。定性分析了堰塞湖风险等级,使用提出分析方法进一步定量反演计算连溃洪水过程,评估了应急处置工程效果,分析不同组合状况下连溃洪水的规模。结果显示:反演计算其连溃峰值流量为3 736 m~3/s,与实测值3 950 m~3/s基本一致。当不开挖泄流槽时,连溃峰值流量高达4 865 m~3/s,泄流槽降低梯级洪峰30%。快速定量连溃洪水计算可以辅助优化联合调度方案,是减轻连溃洪水灾害、保护流域整体安全的一种行之有效的非工程措施。研究结果可以为梯级堰塞湖定量风险评估以及应急除险预案制定提供理论依据。     

高风险等级堰塞湖应急处置洪水重现期标准

高风险等级堰塞湖一旦失事,危害极大,合理的应急处置措施可避免堰塞湖对下游造成巨大的损失。"堰塞湖风险等级划分标准(SL450-2009)"规定,应急处置工作应建立在相应风险等级的一定重现期的洪水标准基础上。对于风险I级的堰塞湖,标准规定了"≥5年"的洪水重现期标准。鉴于这一等级包括了"极高危险"和"高危险、中危险"两个亚类,进一步为这两个亚类分别提出各自的洪水标准,有一定的现实意义。本文以属于"极高危险"的唐家山堰塞湖和红石岩堰塞湖实际采用的应急处置方案为例,反演各自开挖深13 m和8 m的引流槽相应的入库洪水,据此建议应急处置期对风险Ⅰ级的"极高危险"这一亚类的堰塞湖洪水重现期取20年为宜。此研究成果可供规范修改和处理类似堰塞湖参考。     

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。     

堰塞湖洪水影响下下游水电站应急处置实践与思考

为减缓金沙江“11·03”白格堰塞湖溃决洪水的不利影响，梨园水电站作为堰塞湖下游第一个已投入运行的水电站，在保证工程本身安全的前提下，采取了腾库及削峰蓄洪等防灾减灾措施。分析了白格堰塞湖险情处置过程中梨园水电站在腾库、大坝及岸坡稳定、厂房及库区浮动设备安全、供水供电、泄洪和拦蓄洪水等方面存在的困难和风险，相应提出了科学有序腾库、应急安全监测、高效拆解库区浮动设备等具体措施，并制定出了保厂用电、防范大体积漂浮物影响泄洪等方面的应急措施。实践表明：(1)梨园水电站成功截断了破坏性洪水向下游的延伸，应急处置效果显著；(2)针对处置过程中存在的不足，提出了相应的改进建议，取得了较好的效果。研究成果可供其他运行期水电站参考。     

堰塞湖应急抢险救援机制概述

堰塞湖应急救援抢险作业和平日的常规施工有所不同,如果完全按照规程操作可能会错过救援的最佳时机,造成生命财产损失。介绍了堰塞湖的形成和溃决特征、机理,并对堰塞湖风险进行正确判断。堰塞湖处置措施包括工程措施和非工程措施。以2008年"5·12"汶川地震产生的堰塞湖处置为实例,描述了具体的抢险施工方案,提出相关风险防护措施。     

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。     

云南昭通鲁甸县“2014.8.3”地震牛栏江红石岩堰塞湖风险分析及应急处置

2014年8月3日,云南省昭通市鲁甸县发生6.5级地震,最高烈度Ⅸ度。地震导致牛栏江干流红石岩大坝下游600 m处的右岸山体崩塌并阻断河道,形成堰塞体高度102 m、方量1 200万m3、库容2.6亿m3的大型堰塞湖。通过调洪与溃坝计算,分析了堰塞湖对上下游的影响、堰塞湖的风险及处置面临的困难,提出了堰塞湖处置的原则,通过工程措施和非工程措施相结合的应急处置方案,有效降低了红石岩堰塞湖的溃坝风险和淹没损失,为进一步提高堰塞湖防洪标准,给出了后续处置和后期整治建议,为堰塞湖风险分析与应急处置提供借鉴。