面向保护对象的紫坪铺水库风险应急管理与实践

以运行中水库大坝为研究对象,就水库大坝面临的风险开展研究,探讨了面向大坝下游保护对象的应急管理工作。选择防洪风险、供水风险、溃坝风险为典型风险,分析了其形成的主要原因和途径,提出了相应的管理策略和应对措施;重点探讨了溃坝风险管控过程中将人的生命保护作为最高目标、规划应急避难场所的主要应对策略;探讨了溃坝洪水风险模拟的主要内容;提出了应急避难所设置的原则;根据紫坪铺水库的应急管理实践,提出了风险防控的措施。其研究成果可为大坝管理同行提供参考。     

考虑致灾后果的溃坝洪水风险评估与等级划分

针对溃坝洪水风险受环境-荷载-人多种因素影响的不确定性,将不同洪水要素(水深、流速)联合考虑,分析洪水致灾的危险性。运用HEC-RAS二维水动力学模型和地理信息系统(GIS)空间分析技术,模拟溃坝洪水演进过程,从洪水到达时间、淹没范围等维度分析承载体的暴露度。针对人口分布与地理位置特征,基于人体失稳试验数据的统计规律、建筑物损毁标准进行承灾体脆弱性分析,提出基于灾害系统理论的溃坝洪水风险分析方法和溃坝洪水风险等级划分标准。可用于评估水库大坝失事风险,划分溃坝淹没区人口风险等级,为水库大坝突发事件应急救助和人口转移提供技术支持。     

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。     

油罗口水库溃坝洪水计算与风险评估

针对5000年一遇校核洪水副坝可能发生管涌导致溃坝的情况,应用Breach数学模型和River2D二维洪水演进计算软件,计算了最初7h溃口流量与时间关系过程线,建立了坝址至下游赣州钴冶炼厂段有限单元数值模型,模拟了副坝溃决后研究范围内的洪水演进过程,估算了生命损失值,分析了生命社会风险。结果表明,副坝发生溃坝后,洪水将影响到2个行政村(镇)、15个自然村(区),受灾人口达70 462人,溃坝警报时间小于或等于5h,生命损失值达百人以上,生命社会风险是不可容忍的。该研究成果可作为水库制定大坝安全管理应急预案的参考依据。     

大坝溃决导致的生命损失估算方法研究现状

简要介绍国内外已溃坝的生命损失概况,总结了在大坝溃决中影响生命损失的4个重要因素,即风险人口、洪水严重程度、警报时间和公众对溃坝事件严重性的理解程度。较为详细地介绍了目前国外估算溃坝生命损失的常用方法:Dekay&McClelland法、Graham法、RESCDAM法(简化Graham法)、Assaf法和Utah州立大学法,并初步评价了它们的发展过程和方向。在此基础上提出了我国生命损失估算方法的两个研究方向,建议我国溃坝生命损失估算方法研究应从调查已溃坝的生命损失入手,研究估算溃坝生命损失的经验公式,继而研究溃坝生命损失的可靠度分析方法。     

基于DTM的溃坝风险图编制技术

溃坝洪水风险图对于制定区域防洪应急预案、进行溃坝洪水风险分析是十分必要的.利用BREACH模拟溃口,采用无结构网格有限体积法进行二维溃坝洪水演进计算,利用TIN模型将计算结果可视化,制作成水深风险图、流速风险图、淹没历时风险图、洪水到达时间风险图,并对风险图进行了空间分析.本文充分利用了GIS对空间数据以及空间数据和属性数据联合分析的功能,对溃坝洪水风险图制作的基本原理和方法进行了探讨,并应用于沙河集水库大坝溃坝模拟,具有较强的实用价值.     

溧阳市沙河水库东副坝溃坝生命损失估算

应用溃坝洪水软件BREACH和FLDWAV分析溧阳市沙河水库东副坝在100年一遇设计洪水位23.17 m时下游坡高程点8.40 m处管涌诱发溃坝的洪水状况,确定大致的淹没范围,计算了溃坝洪水的严重性,估算了风险人口,应用Graham法定量地估算了生命损失,重点研究了生命损失与警报时间的关系,提出了确保2 h警报时间的建议,加强非工程措施,避免生命损失。     

基于二维溃坝波数值模拟的生命损失估算

通过界面数值通量以及底坡源项的计算求解无碰撞二维Boltzmann方程,建立了二维溃坝波数值模型.以杭州市余杭镇上游某水库为例,模拟了该水库溃坝后溃坝波的演进过程,模拟结果表明溃坝洪水淹没范围很大,距坝约11 km的下游,水深仍可达4.0 m以上.同时,应用通用的溃坝生命损失模型,在获取网格单元上的水力学参数值（包括水深和最大流速）基础上,输入当地的地形、人口等基本数据,估算了水库溃坝对下游造成的生命损失.该方法可用于其他水库的风险管理分析,为相关部门决策提供依据和参考.     

结合GIS空间分析的老灌河流域尾矿库溃坝事故模拟预警研究

根据尾矿库溃坝特征,引入泥流水力计算对尾矿库溃坝事故进行计算模拟,并将模拟结果与GIS工具耦合,从空间层面对溃坝事故进程和产生的影响进行动态预测和展示,从而建立尾矿库溃坝事故预警体系,为事故应急工作提供指导。以南水北调中线水源地支流老灌河流域为例,选取流域上下游两个典型尾矿库进行溃坝事故情景模拟,得出上游尾矿库溃坝事故影响范围55km,对该尾矿库下游3~5km处居民区有严重危害,事故影响时间约6~7h;下游尾矿库溃坝事故影响范围13km,主要破坏该尾矿库周边农业资源,事故影响时间约2h。模拟结果在验证本研究实用性的同时,为该流域尾矿库溃坝事故预警应急措施和流域日常安全管理提供决策支持。     

基于无人机航空摄影的尾矿库溃坝数值模拟

基于无人机航测生成的高精度数字高程模型(DEM)数据,采用深度积分的Massflow数值分析方法,开展了新疆某山区尾矿库溃坝数值模拟研究。结果显示了该尾矿库溃坝后矿砂运动过程,分析数值模拟结果得出:(1)溃坝后矿砂最终堆积呈现两部分,一部分在尾矿库库区下游,平均厚度约13 m,另一部分则堆积于环保库和下游河道附近,平均厚度达25 m,其中堆积厚度最深处在初期坝坝底正对的河流处,约29 m。(2)尾矿库溃坝整个运动过程可分为失稳启动、加速下滑以及减速堆积三个阶段,该尾矿库溃坝从启动到最终静止整个过程约3 000 s,最大运动速度介于21～29 m/s之间,其中失稳启动和加速下滑阶段均在短时间内迅速完成,减速堆积阶段时间占整个过程的93.33%,表明尾矿库溃坝初期矿砂流速较快,具有较强的破坏性。研究成果可用于分析尾矿库矿砂运动路径、淹没区域及沿程堆积情况等,对降低尾矿库溃坝风险和应急响应有重要指导意义。     

基于能值理论的洪涝灾害脆弱性评估

在搜集整理2015年郑州市暴雨洪涝资料的基础上,从生态学的角度,运用能值分析方法评估区域洪涝灾害脆弱性。进而使用能值作为统一的度量尺度,以能值评价的结果和表征区域洪涝灾害脆弱性的能值指标为基础,借助地理信息系统(GIS)对郑州市洪涝灾害的脆弱性进行空间差异分析。结果表明郑州市洪涝灾害脆弱性的空间分布差异明显,大致呈现从中部向四周递减的趋势。新密市的脆弱性最高,其次是市区,脆弱性最低的是新郑市。结论表明,在暴露度相同的条件下,有效提高系统的适应能力是降低脆弱性的关键。     

洪水事件对碧流河水库水质影响

受全球气候变化的影响,暴雨洪水事件发生频率呈增加趋势,水库作为流域内重要的控制性水利工程,洪水过程中水质安全面临严重威胁。以碧流河水库为例,对建库以来7场典型洪水前后水质状况进行分析,结果表明,洪水过程能够减弱碧流河水库水体的热分层结构,影响溶解氧垂向分布;洪水过程影响较大的水质指标为六价铬、大肠菌群、高锰酸盐指数、氨氮和总磷,洪水过后上升趋势较为明显;空间上来说,洪水对入库口断面的影响大于对坝前断面的影响,碧流河水库地形特征能够减弱洪水异重流对坝前水质的影响;评价结果显示洪水过后碧流河水库水质变差,但整体上能够满足地表水环境质量标准中水源地要求;洪水期间入库污染物主要来自流域非点源污染。分析认为,通过源头治理、入库口拦截、合理调度等措施可以减轻洪水事件对水库水质的影响。     

泥石流堰塞湖影响区域评估及其应急预案 ) 以汶川县磨子沟为例

2008 年汶川/ 5 # 120地震后, 汶川震区内大量新、老泥石流沟的泥石流活动频度增加, 致使泥石流堰塞湖的形 成几率也随之增大。通常泥石流所形成的堰塞体稳定性较差, 从形成至溃决通常在几小时内发生, 人工工程干预的 可能性小。因此, 做好堰塞湖溃决洪水影响区域评估和溃决洪水应急预案, 成为必要且有效的减灾手段之一。但泥 石流堰塞湖的溃决洪水既不同于一般意义的洪水, 也不同于人工大坝的溃决, 是过去应急预案研究中较少涉及的灾 种。选择汶川磨子沟作为研究对象, 在泥石流堰塞湖溃决危险性评估基础上提出溃决洪水应急预案的编制原则和 方法: 首先确定泥石流堰塞湖可能溃决的最大洪峰流量、淹没高度、泛滥范围和持续时间; 其后, 实地调查居民点, 圈 定洪水淹没范围和危险区人口数, 并根据地形条件制定可能的撤退路线; 最后, 结合政府部门的行政安排, 制定险情 通报程序、险情发生安全保障措施和预案启动、结束的时间节点。试图为其余泥石流堰塞湖溃决洪水危害应急预案 制定提供借鉴, 提升应对突发泥石流堰塞湖溃决事件的效率。     

基于AHP-灰色定权聚类的长距离输水工程闸门 应急调控方式研究

针对长距离输水工程,提出了应急调控过程中影响闸门调控效果的6项指标,包括调控时间、调控后污染范围、调控后污染物峰值浓度、调控成本、操作难易程度及调控对工程的影响;然后利用层次分析法建立和量化影响闸门调控效果的各项指标,并引入灰色定权聚类方法对闸门调控方式进行灰色分类,建立三角白化权函数,更能准确地确定闸门调控方式。最后以南水北调中线总干渠京石应急段起点至西黑山分水口之间的渠道为例,运用AHP-灰色定权聚类方法,确定了中线工程应急调控过程中较为合理的闸门调控方式为同步闭闸。     

济南市历下区立交桥区域暴雨内涝积水模拟

城市下凹式立交桥因其桥下路面常低于周边区域地形,极易形成城市区域的"人为滞水点",在遭遇降雨时频繁发生内涝积水灾害,对城市交通、行人和车辆的安全构成了严重的危害。因此,有效模拟城市立交桥区域的暴雨洪水淹没程度,对城市防洪减灾和交通应急管理具有重要的现实意义,同时可以为解决城市内涝问题提供重要的科技支撑。以济南市历下区立交桥为例,采用Mike Urban模型和Mike21FM模型,依据研究区域数字高程数据,2007年7月18日黄台桥雨量站实测3h降雨数据以及不同重现期的设计降雨过程,对立交桥区域的暴雨积水程度进行模拟计算与分析。研究结果表明,2007年"7·18"暴雨发生时,济南市历下区立交桥桥下最低洼区域积水深度可达近1.95m左右,其积水深度高于济南市100年一遇暴雨的积水深度。     

梯形输水明渠溢油运移特性数值模拟与试验研究

面向长距离输水工程快速应对油类突发水污染事件的需求,以梯形输水明渠为例,采取二维水动力和溢油数值模拟以及物理模型试验相结合的手段,开展溢油运移特性数值模拟与试验研究。研究成果表明:由于梯形输水明渠过流宽度上的流速分布变化较大,油污染发生后,油膜纵向长度取决于渠道中间流速,其变化率可表达为渠道中间流速的0.5倍;溢油位置、风场及渠道边坡系数对油膜纵向长度影响很小。研究结果可快速预测明渠溢油污染范围,为污染物的应急处置与调控提供技术支持。     

1955- 2015 年郑州夏季旱涝急转特征分析

根据郑州 1955- 2015 年逐月降水数据, 结合长、短周期旱涝急转指数、线性倾向估计及 M ann2Kendall 突变检 验等数学模型, 对郑州年降水特征以及 6 月- 9 月份旱涝急转演变规律进行研究。结果表明: 郑州的年降水量总体 以- 71 87 mm/ ( 10a) 的速率下降; 郑州地区的长周期旱涝急转指数( LDFAI) 趋势变化不明显, 但 LDFAI 强度呈阶 段性变化特征, 存在 2 个偏强期和 2 个偏弱期, 其中 LDFAI 强度大于 1 占 371 7% , 旱涝急转比较频繁; 各相邻月之 间的短周期旱涝急转指数 SDFAI 曲线振荡最频繁的是 6 月- 7 月, 7 月- 8 月次之, 8 月- 9 月指数变化平缓。总体 来说, LDFAI 的涝转旱的强度比旱转涝强, 长、短周期旱涝急转现象均呈现减弱趋势。     

基于多模型 M CP 方法的洪水概率预报

洪水概率预报通过提供具有一定置信度的预报区间,评估预报结果的可靠度,为防洪调度提供重要依据。以淮河关键防洪断面王家坝为研究对象,分别采用API和新安江(XAJ)确定性模型进行初始的确定性预报,在此基础上,再采用模型条件处理器(MCP)推求不同量级洪水预报流量的条件概率分布函数,实现洪水概率预报。分别从中位数的确定性精度评价和概率预报的可靠度评价两方面对预报结果进行分析,结果表明:MCP洪水概率预报结果不仅具有较高的可靠度,而且其中位数预报与确定性模型结果相比,预报精度整体有所提高,说明MCP具备一定的校正预报能力。     

基于 TOPKAPI 模型的湿润流域洪水模拟

为了研究分布式水文模型在湿润流域的应用效果,将基于物理的分布式TOPKAPI模型应用到淮河上游息县以上流域,模拟该区域2007-2017年间的11场次洪水过程,分析模型的适用性。结果表明,TOPKAPI模型在湿润流域场次洪水模拟中精度尚可,但随着流域面积的增大,大坡岭、长台关、息县的平均纳什效率系数依次为0.54、0.5、0.29,模拟精度有所下降;在合理范围内调整滞时,平均纳什效率系数最多提高0.2,在合理范围内调整河网蓄水消退系数,平均纳什效率系数最多提高0.3,考虑滞后演算法的TOPKAPI模型的平均纳什效率系数能达到0.7。分析结果表明,合理采用滞后演算法的TOPKAPI模型能有效用于湿润流域的洪水预报。