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。

梯级水库群溃坝洪水风险分析——以澜沧江上游为例

梯级水库的建设是开发利用我国丰富水能资源、保障国家能源安全、实现减排目标的重要途径.但是由于部分水库结构老化、地势险峻以及近几年极端天气频发等原因,极有可能造成单坝溃决,继而引起梯级连溃,最终使整条流域系统瘫痪,为下游城镇带来不可估量的经济和生命损失.为准确预测梯级连溃发生后的危险程度及影响范围,基于心墙坝漫顶溃坝数学模型和HEC-RAS软件提出了梯级连溃地貌特征演变及洪水演进计算方法,并应用于澜沧江流域梯级水库RM-XW水电站大尺度连溃分析.结果表明,在遭遇1.4倍超标准洪水的情况下,RM水电站发生漫顶溃决,溃决过程中,心墙发生四次折断,并伴随溃口迅速扩张以及溃决流量激增,最高峰值流量达699986.5 m^(3)/s,溃决洪水演进至下游,使WNL-XW水电站相继发生漫顶.河道距离、坝型特征和坝体物理参数是影响梯级连溃过程中溃决流量大小的重要因素.