Numerical modeling of a breach wave through the dam at the Krasnodar reservoir

Variational analyses of a breach wave through the pressure front of the Krasnodar hydroproject are conducted using modern approved procedures.     

溃坝洪水数值模拟

本文通过对某水库溃坝洪水计算,介绍了溃坝洪水计算中的一些简单易行的计算方法。并利用Preissmann四点隐式差分格式对圣维南方程组进行离散,求解洪水的传播。分析表明结果具有较高的精度,所提方法是合理可行的。     

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。     

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。     

土石坝漫顶溃决过程模拟

随着全球气候形势异常,局地极端强降雨频发,我国小型水库的安全度汛工作面临严峻形势,对小型水库开展必要的溃坝风险分析工作是非常必要的.以山东某小型水库为研究对象,分析计算了该水库在遭遇校核洪水和溃坝洪水两种情景下对下游高速铁路的影响,所得结果可以为相关管理单位应对溃坝风险提供决策支持.     

沟后面板砂砾石坝溃坝机理模型试验研究

本文通过模型试验揭示了有关沟后面板砂砾石坝溃坝的原因.单纯是面板顶端接缝漏水只出现垂直向下的渗流，上部下游坝坡没有逸出水流.接缝漏水同时面板顶端与坝体之间大范围的相脱开，才会再现上部下游坝坡逸出渗流.溃坝前坝体中部并未全饱和.溃坝机理是坝顶存在k＞1.0cm/s且呈上下游连通的极强透水层，面板顶端又是脱开坝体的，接缝漏水使极强透水层与库水直接相连通，因而产生较大的水平向的水力比降，使之管涌和接触冲刷，同时渗流冲刷坝坡，引起崩塌.最后防浪墙失稳倒塌，库水漫顶而下，最终溃决.     

特大洪水演变过程及不确定性研究项目专题(三)——溃坝模型

研究小组通过现场溃坝试验和试验室溃坝试验收集到了大量的数据,并以此作为今后建模模拟研究工作的基础.研究小组对现有各模型进行了测试,对其模拟性能进行了比较.文章介绍了模拟研究得到的主要成果,并以此为用户提出建议,以期提高模型选择的水平和使用效果.     

溃坝应急措施和保障体系研究

在分析近年来避免溃坝造成人员伤亡的成功案例的基础上,对溃坝应急措施进行了分析,按功能可分为预防型措施、控制型措施和恢复型措施,并对其现状和法律依据进行了总结。探讨了应急保障体系的内容、发展方向,以及平时需要做的工作。从管理层面、技术层面、认识层面对应急措施和应急保障体系提出了建议和对策,对大坝安全管理工作有重要意义。     

两级堰塞坝连溃过程数值模拟及溃口流量演化特征研究

在强震作用下,高山峡谷区易发生滑坡堵江形成串联的梯级堰塞坝,其中一级一旦溃决易引发梯级连溃。本文基于三维雷诺平均Navier-Stokes方程、湍流重正化群模型,以及悬移质和推移质冲蚀方程,并考虑溃口边坡的失稳坍塌,采用有限体积法建立了梯级堰塞坝连溃过程数值模拟方法,用于模拟连溃过程中的水动力特征及梯级堰塞坝的溃口形态演化过程。选择典型的两级堰塞坝连溃概化模型试验作为数学模型验证案例,对比实测值和计算结果发现,上下游堰塞坝溃口洪水流量过程和溃口形态演化过程基本一致,上下游堰塞坝溃口峰值流量、区间洪水演进时间等关键参数的相对误差小于±5%;比较上下游堰塞坝溃口洪水流量过程发现,梯级堰塞坝发生连溃时,溃坝洪水存在级联放大效应。选择上下游堰塞坝距离、河道坡度和下游坝坝高等三个关键参数,研究连溃洪水的放大效应及其影响因素,参数敏感性分析结果表明：下游坝溃口峰值流量随两坝间距和下游坝坝高的减小而增大,随河道坡度的增长呈先增大后减小的趋势;上游坝溃决洪水演进至下游坝时可能产生涌浪翻越并冲蚀坝顶,导致坝顶高程降低,并对下游坝发生溃决的时间以及溃口峰值流量产生影响,因此涌浪对下游坝溃决过程的影响与涌浪翻越坝顶的水量以及坝料冲蚀特性相关。选择小岗剑上、下两级堰塞坝连溃案例,通过对比计算和实测的溃口流量以及溃口形态发现,关键溃坝参数的相对误差小于±10%,验证了模型在实际案例中应用的合理性,本文提出的数值模拟方法可为梯级堰塞坝连溃风险评估和应急处置提供重要技术支撑。     

基于虚拟现实的淤地坝溃决模拟

淤地坝溃决模拟对防洪减灾具有重要的现实意义。以延安市湫沟淤地坝为例,针对无地形资料的小范围流域,利用无人机扫描技术获得淤地坝实地情形,并利用3ds Max等虚拟现实软件对淤地坝溃决进行仿真研究。实现了三维虚拟环境中溃口形成过程、水流运动过程的仿真模拟,并给出了洪水淹没范围及体积。为淤地坝的应急管理、防灾减灾提供了必要的科学参考依据。     

柳州市古偿河水库溃坝洪水分析

分析了古偿河水库在最不利的工况下发生溃坝,采用铁道科学研究院推荐公式和黄河委员会的参数模型计算公式,计算得到最大洪峰流量为110 192.8 m3/s,瞬时全溃洪水的泄空时间为3 831 s(63.8 min),通过分析溃坝洪水过程及其对下游柳州市的影响,为当地政府及有关单位采取措施,防止、减少溃坝洪水对下游造成的危害提供依据。     

沟后水库溃坝原因分析

沟后水库大坝溃决后，曾引起国内外坝工专家，学者的广泛关注和讨论，有的单位还开展了专题研究。这种研究和讨论，将有助于加深对该大坝溃决原因的认识和分析，从现有资料来看，其主要原因是面板系统及坝顶趾板缝结构与施工质量问题，存在着漏水，坝体结构没有设置关键性的排水层，致使弱透水性的砂砾石坝体饱和，坝体上部首先失去静力稳定而造成大坝溃决。今后，我们应当从中认真吸取经验教训，避免类似溃坝问题再度发生。     

Numerical modeling of earthen dam breach due to piping failure

Based on model tests of earthen dam breach due to piping failure,a numerical model was developed.A key difference from previous research is the assumption that the cross-section of the pipe channel is an arch,with a rectangle at the bottom and a semicircle at the top before the collapse of the pipe roof,rather than a rectangular or circular cross-section.A shear stress-based erosion rate formula was utilized,and the arched pipe tunnel was assumed to enlarge along its length and width until the overlying soil could no longer maintain stability.Orifice flow and open channel flow were adopted to calculate the breach flow discharge for pressure and free surface flows,respectively.The collapse of the pipe roof was determined by comparing the weight of the overlying soil and the cohesion of the soil on the two sidewalls of the pipe.After the collapse,overtopping failure dominated,and the limit equilibrium method was adopted to estimate the stability of the breach slope when the water flow overtopped.In addition,incomplete and base erosion,as well as one-and two-sided breaches were taken into account.The USDAARS-HERU model test P1,with detailed measured data,was used as a case study,and two artificially filled earthen dam failure cases were studied to verify the model.Feedback analysis demonstrates that the proposed model can provide satisfactory results for modeling the breach flow discharge and breach development process.Sensitivity analysis shows that the soil erodibility and initial piping position significantly affect the prediction of the breach flow discharge.Furthermore,a comparison with a well-known numerical model shows that the proposed model performs better than the NWS BREACH model.     

大坝决口封堵抢险技术理论探讨

以观音岩水电站大坝决口封堵抢险为例,根据决口的断面尺寸、上游流量和泄水建筑物的泄水曲线,通过河道截流模型计算,得出决口上下游落差、决口平均流速、单宽功率等水力学参数,再进一步得出决口封堵所需特殊材料的半径、重量及数量,以便为封堵抢险提供可靠依据,从而更科学地统筹组织封堵抢险。     

小型水库溃坝洪水演算探讨

本文简要介绍了现有溃坝洪水的计算方法,根据新疆奎屯河"87"溃坝性洪水演算实例.推荐了一种简单可靠的适合小型水库溃坝洪水计算的方法.