QGIS和HEC-RAS在二维溃坝洪水模拟中的联合应用研究

为了准确模拟大坝溃决后的洪水演进过程及淹没范围分析,以数字高程地图为基础,建立了HEC-GeoRAS模型;结合水库的漫顶溃决工况,模拟阳江市大河水库主坝和副坝溃决后洪水沿下游河道的演进过程,并联合QGIS生成洪水风险图、最大水流流速,最大水面高度等成果。研究成果对山区河流下游的人员疏散转移避险决策具有重要的参考意义。     

HEC-RAS模型在二维溃坝洪水研究中的应用

为准确模拟大坝失事后溃坝洪水的下游演进,运用HEC-RAS二维水动力学模型,修正面板坝溃口发展曲线,设计两种闸门开度的小井沟面板坝漫顶溃坝工况,模拟水库泄洪影响下溃坝洪水的下游演进并生成相应的洪水风险图、最大流速分布图、滞留时间图。研究结果展现了溃坝洪水在中下游平原丘陵地区的泛滥情况、洪水风险的分布差异以及水库泄洪对溃坝洪水的影响。分析得出不同闸门开度下溃坝洪水在中下游平原丘陵地区的淹没水深和范围差异明显,最大流速和洪水滞留时间区别不大, 说明水库全力泄洪能有效降低溃坝洪水对下游人员聚居的平原地区的危害。研究成果对后续的人员疏散和损失估计具有重要参考意义。     

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。     

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。     

基于HEC-RAS的淮河淮南段洪水漫顶风险分析

淮河淮南段聚集了大量的人口、工厂、农田、建筑物等,一旦发生较大规模的洪水,将对人民生命财产安全造成严重威胁。运用HEC-RAS软件和HEC-GeoRAS模块,在GIS环境中,模拟现有防洪工程条件下淮河淮南段在40年、60年及100年一遇洪水周期下的洪水漫顶淹没情况,得到不同横断面的设计水位线、漫顶淹没的范围、淹没水深等...     

城市水库溃坝耦合极端降雨前后模拟对比分析

以探究城市上游水库溃坝耦合极端降雨及仅溃坝两种工况下洪水灾害程度的变化为目标,确定郑州市二七区、中原区、金水区及惠济区为研究区域,结合芝加哥雨型公式及长历时暴雨强度公式推求设计暴雨,依托“7·20郑州特大暴雨”实测数据推求研究区域产汇流特征,建立极端降雨与洪水过程的响应关系。在此基础上,以郑州市二七区尖岗水库为研究对象,构建两种工况下二维溃坝洪水演进模型,对水情信息进行对比分析。结果表明：相比于仅溃坝,降雨耦合溃坝工况下淹没范围更大,其中增加的淹没范围内各点的最大水深、流速、洪水严重性程度均处于较低等级。在河道两侧,两种工况下各等级水深、流速及洪水严重性淹没范围大致相同;地势较低的区域降雨耦合溃坝工况下淹没水深和流速增大较多,易涝点水深增加约0.6 m,选取断面水面线升高约1 m。     

混凝土面板堆石坝逐渐溃坝洪水数值模拟

某电站为混凝土面板堆石坝,库区右岸曾出现过滑坡体,滑坡带已趋于稳定,其下游分布有居民点、小电站,而混凝土面板堆石坝不允许发生洪水漫坝,有必要考虑漫坝造成坝体破坏形成的溃坝,分析计算溃坝洪水对下游各居民点及各类建筑设施的影响程度和淹没范围,估算溃坝洪水可能造成的损失.     

溃坝洪水对西气东输吉安联络站的影响分析

西气东输三线吉安联络站位于江西皂源水库下方,一旦水库发生溃坝,将对联络站和下游人民生命财产造成极大威胁。采用平面二维非恒定流数学模型,模拟了水库溃坝后吉安联络站站场区域水位、流场情况,获得了淹没水深、淹没范围及流速等洪水风险信息。结果表明：相较于现状地形,吉安联络站建成后,溃坝引起的淹没面积略有增加;局部流速有所增加,可能会对站场造成淹没,并在洪水区形成较大冲刷。吉安联络站建设时,应采取相应防护措施。     

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。     

混凝土坝洪水漫顶生命风险评价

对混凝土大坝洪水漫顶的生命风险评价方法进行研究,以改进传统的评价方法。提出基于Copula函数和三点式变倍比放大法来随机生成年最大入库洪水过程线概率序列的峰量双变量分析方法,同时进行生命风险的评估;并对溃坝生命风险评价标准进行研究,以得出更符合我国大坝现状的生命风险评估标准。以贵州某水电站为例,对其加固后的洪水漫顶生命损失进行评估,依据风险标准进行生命损失风险评价,结果显示加固后该水电站拱坝洪水漫顶对下游村镇造成生命损失的风险较小,属于社会可接受范围。混凝土坝洪水漫顶生命风险评价的方法考虑了洪水特征量间的相互关系,所得洪水发生概率更加贴合实际。     

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。     

百色水利枢纽工程规划中的几个重点问题

在百色水利枢纽工程规划中，在确定防洪库容时，对右江南宁站以上流域分5个单元进行11场灾害性洪水的地区组成分析，根据设计洪水地区组成得到的几十场洪水过程，经调度计算，采用16．4亿m3作为百色水库的设计防洪库容;关于防洪高水位，通过经济指标计算，综合考虑移民迁安因素，推荐防洪高水位228m方案，汛期限制水位为214m；关于电站装机规模，经过经济论证比较、电力电量平衡分析以及电站下游不稳定流影响分析，选用装机容量为54万kW；关于水库运行方式，利用54年实测水文资料进行兴利与防洪结合的长系列连续操作，绘制出水库运行调度图.     

基于泄洪雾化影响的白鹤滩水电站坝身泄洪调度方式研究

针对高坝工程泄洪调度方式的雾化影响问题,提出一种改进的泄洪雾化数学模型。该模型可综合反映水舌入水条件、气象条件及河谷地形的影响,并通过小湾工程实测资料验证,两者吻合良好。在此基础上,针对白鹤滩水电站坝身泄洪方式进行雾化影响对比分析。结果表明,当深孔泄洪时,由于其水舌挑距大,入水角度小,水舌风场与雾化降雨范围明显大于表孔泄洪,在泄洪流量与水位落差相同的条件下,表、深孔不同开启方式,其水舌落点与入水形态各不相同,最终引起水舌风场与雾化降雨分布显著变化,根据不同运行工况下的雾化降雨对比结果,提出了坝身孔口的最优开启方式。上述研究为今后实际工程泄洪调度的雾化影响分析提供了借鉴。     

基于一二维耦合技术的溃坝洪水模拟研究

以印度尼西亚巴丹托鲁水电站溃坝洪水模拟为例,对于地形条件复杂的河流,利用MIKE软件基于一二维耦合技术构建溃坝洪水计算模型,对拟定的溃坝工况进行数值模拟。建立的溃坝洪水一二维耦合模型适用于不规则计算域和地形,通过引入了新的动态耦合技术,避免了采用单一模型时遇到的计算效率、网格精度和准确性方面的问题。通过数值模拟得到了溃口流量过程和下游海滩地区洪水演进过程,并对下游敏感区域进行淹没影响分析。模拟成果为水电站工程设计、溃坝洪水风险分析和灾害损失评估提供了技术支撑。     

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。     

溃坝洪水研究进展

溃坝洪水研究的目的是计算溃决坝址的流量、水位过程线,并向下游作洪水演进得到沿程的流量、流速、水位、波前与洪峰的到达时间,评估下游洪水淹没损失情况,以便于采取措施,降低洪水风险。从溃坝水流理论研究、溃坝问题的试验研究、溃坝模拟及洪水在下游演进这3个方面对溃坝洪水研究进行了综述,回顾和总结了国内外溃坝洪水研究的发展历程、已取得的成果和近些年的进展,提出了将来要研究的重点,并对研究前景进行了展望。目前溃坝理论的数值求解发展迅速,由试验提出了溃坝机理,研究不断模型化;但高强输沙理论未建立,溃口冲刷过程未能准确表达,对梯级溃坝和冰湖溃决洪水研究较少。今后应加强溃坝水流理论研究,开展大尺度、多库溃坝模型试验研究,积极做好梯级溃坝和冰湖溃决洪水模拟,进一步建立快捷可靠的区域溃坝洪水预报系统。     

上游水电站围堰漫顶溃决条件下施工中期度汛水位数值模拟

比邻梯级水电站同期建设条件下,若上游水电站围堰遭遇超标洪水发生漫顶溃决,将严重威胁下游水电站施工中期度汛的安全,因此,对度汛水位变化过程进行数值模拟具有重要意义。基于水动力学理论方法,建立了上游水电站围堰漫顶溃决条件下中期度汛水位变化过程模拟的数学模型,并将该模型应用于大渡河流域某相邻梯级水电工程实例中。通过不同计算方案的数值模拟分析,结果表明:该模型及方法是可行的、有效的;相比于基于天然洪水流量的计算方法,所提方法更加贴近工程实际,且度汛最高水位明显增大,因而更有利于工程安全。研究成果为上游水电站围堰挡水条件下的施工中期度汛方案决策及防洪应急预案的制定提供了重要的理论依据。