小型水库超标准洪水溃坝模拟及风险分析

我国小型水库数目众多,承担着防洪、灌溉、供水等重要作用。为减少水库遇超标准洪水溃坝后下游风险区的生命财产损失,以南王水库为研究对象,考虑水库遇超标准洪水下瞬时溃坝与渐进式溃坝两种溃坝形式,采用DB-IWHR溃坝模型模拟溃口流量过程,利用MIKE软件构建一二维耦合模型模拟洪水演进情况并进行风险分析。结果表明,下游淹没情况符合溃坝洪水演进的一般规律,模型可较好模拟超标准洪水引起大坝溃决的溃口流量与洪水演进过程,可为小型水库超标准洪水溃坝应急预案提供参考。

黄土丘陵沟壑区典型淤地坝坝系结构和溃坝模拟分析

进行淤地坝溃坝风险研究可保障淤地坝下游地区群众的生产生活和财产安全。为科学认识黄土丘陵沟壑区淤地坝坝系结构及其溃坝风险,以宁夏什字河小流域为例,采用MIKE11模型分析什字河坝系内部级联作用关系,模拟什字河坝系在暴雨洪水条件下的溃坝过程,结果表明:①总体上什字河坝系可划分为阳屲、姚套和穆沟3个坝系单元,各坝系单元之间在洪水泥沙的控制关系上表现为联合拦蓄、互为补充、彼此协调;什字河坝系当前泥沙淤积量占总库容的10.35%,仍具有很大淤积潜力。②在300 a一遇暴雨下,什字河坝系中有3座淤地坝会发生连锁溃坝,分别为民主、赵家崖、穆沟淤地坝。在暴雨开始后的11 h坝前水深达到最大值,发生溃坝后,水深会快速下降至2~3 m,之后会缓慢下降直至溃口达到最终稳定状态,水深接近0 m;溃坝前坝后水深达到最大值,发生溃坝后会急剧下降,之后缓慢下降。③发生溃坝前,由于降雨汇流作用主沟道内断面处水深不断上升,发生溃坝后,水深迅速上升至最大值,随后迅速下降后再缓慢下降,直至最终达到稳定状态,水深接近0 m。

黄土丘陵区淤地坝系对流域洪水过程影响与溃坝模拟

为科学认识黄土丘陵区淤地坝系对流域洪水过程的作用效果与溃坝洪水风险,本研究通过一维水动力模型MIKE 11和二维水动力模型MIKE 21耦合,模拟坝系连锁溃坝洪水过程。研究结果表明:①淤地坝系使流域出口洪峰、能峰和挟沙力分别减少75.76%、80.14%和92.47%;②淤地坝系一旦发生连锁溃坝,溃坝洪水洪峰是原始沟道洪水的3.35倍,增设溢洪道使连锁溃坝洪峰削减92.78%、坝前水深平均减小19.06%;③修建溢洪道使坝系连通,提高淤地坝系防洪能力,可将300年一遇洪水调控到10年一遇;④窄深式溢洪道能够更有效地调控坝系洪水过程,在溢洪道过水断面面积相同的情况下,随着溢洪道深度增加,流域出口洪峰流量逐渐减小。研究成果以期为黄土高原淤地坝系安全运行提供参考。

溃坝模拟、洪水淹没图和后果分析

记录了阿美科公司最近承担的为美国陆军工程兵团和太平洋煤电公司进行的大坝安全工作。

精细地形下的尾矿坝稳定性及溃坝模拟分析

目前在尾矿坝稳定性和溃坝模拟分析方面,对溃口位置及水砂的流动状态难以做出准确判断。将尾矿坝稳定性和溃坝模拟有机结合,采用FLAC^(3D)计算正常水位、洪水位、漫顶水位三种工况下尾矿坝稳定性,并利用Rhino与Fluent建立尾矿库及下游精细地形,开展尾矿库溃坝水砂在不同时刻及不同地形下的流动状态研究分析。结果表明:(1)浸润线的埋深随尾矿库水位的升高而变小,由正常水位升高至洪水位时浸润线埋深下降5~8 m,漫顶水位时坝顶浸润线沿坡面向下运移约8 m;(2)库水位对剪切带及尾矿坝稳定性有显著影响,从正常水位到洪水位时,剪切带纵向上不断向坝体内部延伸,横向上不断向坝脚延伸,剪切应变率增大为5.78×10^(−5),尾矿坝稳定系数由1.80下降至1.32;(3)达到坝顶时剪切带急剧缩短,而剪切应变率进一步增大为3.32×10^(−4),尾矿坝稳定系数由1.32下降到1.18。溃坝水砂的流动状态受地形影响明显,在山谷中表现为范围减小、流速增大的汇聚流动,在平坦农田处表现为范围增大、流速减小的发散流动特点。

基于PFC3D磷石膏尾矿库溃坝数值模拟研究

为探究尾矿库溃坝灾害作用对下游区域的影响,利用GOCAD/Rhino软件对某磷石膏尾矿库地形进行建模,采用颗粒流离散元方法研究设计140 m堆积高度尾矿库在4个不同方向上溃决砂流演进过程,分析了尾砂的位移和流速随溃坝时间的变化规律,为尾矿库下游合理规划、企业应急处置和科学防控提供依据。结果表明:140 m堆积高度初期坝溃决工况为溃坝影响最大、下泄体量最大的工况,下泄体最大宽度428 m,最大深度15 m左右,体积达2.017Χ10^(6)m^(3),尾砂最终滑移距离为1229 m,途中淹没回水泵房及多处房屋,对下游居民造成严重影响;140 m堆积高度北部、西部堆积坝溃决对下游影响较小;140 m堆积高度东部堆积坝溃决,未影响任何下游建筑物。

尾矿库不同溃坝形式的数值模拟研究

本文以四川省攀枝花市米易县某尾矿库为研究对象,采用FL O-2D数值模拟软件对不同溃坝形式的尾矿库进行数值模拟,对结果进行对比分析,确定溃坝影响范围。通过计算尾矿库洪水漫顶参数,单点瞬时溃坝和多点瞬时溃坝的溃坝参数,代入FL O-2D软件最终获得相应的数值模拟成果。结果表明,在所有溃坝形式下,单点溃坝造成的堆积最多,破坏性最强,尾细砂和尾粉砂大部分集中在主体坝后段,相较之下多点瞬时溃坝对受灾地区破坏性较弱,受灾程度相对缓和,但受灾面积显著增大,尾砂沉积最广,主要分布在各座坝体初期坝和淹没地区;而由于洪水漫顶造成的溃坝灾害流量最小,相较于瞬时溃坝而言,破坏性较小,受灾面积最小,尾砂主要沉积在河道中,但需要注意的是,在伴随大量降雨时,该灾害可能会同时引发其他次生灾害。

尾矿库溃坝运动特征模拟研究

尾矿库是一个具有高势能的人造危险源,一旦溃坝,将严重威胁下游人民生命财产安全和生态环境保护。由于尾矿库溃坝因素和条件的复杂性,以及溃坝体在下游沟道或场地运动及滞留特征的不确定性,导致尾矿库溃坝后的运动特征预测成为一个难点。本文基于连续介质和非连续介质力学理论,考虑当前流固耦合数值模拟能力和特征,运用Massflow和PFC3D软件,结合无人机精细测量、现场调查和验证分析等手段,开展了多手段相结合的尾矿库溃坝运动特征模拟研究。研究发现,基于PFC3D和Massflow两种数值方法模拟溃坝后的尾矿砂运动过程有所不同。Massflow模拟结果显示,大部分尾砂体沿着尾矿库下游的曲折沟道运移,在沟谷与张唐铁路交汇的涵洞处堆积;而PFC3D模拟结果显示,尾矿库溃坝后大部分尾矿砂沿着尾矿库主体朝向溃决漫流,少部分进入其下游曲折沟道。研究认为,考虑地质体和运动过程的不确定性,对于尾矿库溃坝的运动特征模拟宜结合两种不同理论基础的模拟方法,并结合实际尾矿库情况进行综合分析预测。

高精度WENO和MWENO格式溃坝波模拟

采用高精度WENO和MWENO格式对二维浅水方程变量进行数值重构,研究分析高精度格式捕捉溃坝波的能力和分辨率.对浅水方程,采用Roe-Riemann格式和波传算法进行数值离散,并与以上2种重构方法两两结合成4种计算方法.采用Fortran语言分别对其进行编程计算.计算结果显示,高精度格式在捕捉溃坝瞬时基波延续推进的过程较好.在4种计算方法计算结果中,MWENO型波传格式模拟结果最好,捕捉溃坝波能力强,分辨率很高.

结合GIS空间分析的老灌河流域尾矿库溃坝事故模拟预警

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RS和GIS的大南川水库溃坝灾害模拟方法研究

综合运用遥感图像处理系统和地理信息系统,探讨一种无需编程即可快速计算水库溃坝后所产生的洪水量、下游淹没水深和淹没面积的溃坝模拟方法,适用于溃坝源头与淹没区落差较大地区。以青海大南川水库灌溉区的南川河流域作为研究区域,假定由于暴雨、地震等自然灾害的发生使得大南川水库坝体瞬间溃决而形成有源洪水,计算洪水到达时间、淹没区的洪水深度和淹没面积,并分析洪水造成的损失情况,通过模拟计算,其结果比较接近实际。

基于UAV高分辨率摄影测量的尾矿库溃坝模拟

针对大型尾矿库溃坝灾害问题,目前大多数研究没有考虑真实地形的影响,往往对模型进行了简化。将近年发展起来的无人机摄影测量技术应用到尾矿库溃坝模拟研究领域,使用专业航测无人机对山东某尾矿库进行摄影测量,获取库区及下游区域的影像及POS数据,然后通过摄影测量三维重建软件,生成了高精度三维模型,重建影像分辨率达到2.74cm/pixel,三维模型的精度达到了厘米级。基于无人机摄影测量三维重建的高分辨率地形,应用三维计算流体力学软件对尾矿库进行溃坝模拟,得出了尾矿库溃坝后溃决水流和尾砂的淹没范围及演进规律;通过在下游不同位置布设监测点,得出不同监测点处水流速度、淹没深度及尾砂的淤积厚度随时间的变化规律,预测了溃坝后果及危害程度。

浯溪口水利枢纽溃坝洪水模拟

浯溪口水利枢纽位于昌江干流中游,是一座以防洪为主的水利工程,其溃坝洪水研究对于下游景德镇市防洪风险管理具有十分重要的意义.应用TELEMAC-2D建立了浯溪口水利枢纽二维溃坝洪水演进数学模型.模型模拟范围以60 m等高线为界,坝址为上游边界,下游出口距坝址62 km.模型采用非结构化三角形网格划分,局部加密.应用昌江河水面线和樟树坑水位流量过程线的实测值对模型合理性进行了验证,模型计算值与实测值基本吻合,说明TELEMAC-2D能较好地模拟河流洪水演进.进而取用不同入库洪水重现期在漫顶溃坝情况下的溃决流量过程作为洪水演进的上游边界条件,模拟计算出不同溃坝流量下浯溪口大坝下游洪水水力特性参数(水深、流量和淹没范围等),为浯溪口溃坝风险图绘制及大坝下游城市防洪管理提供了科学依据.

水库溃坝洪水数值模拟与防洪管理对策研究

目前防洪措施的制定主要基于定性分析与经验判断,防洪措施集中于防洪工程设施的管理与维护、源头控制、法规制定、自然保护区措施、经济手段、洪水预警等方面,缺乏基于定量分析的防洪措施的研究。基于溃坝洪水数值模拟得到的淹没范围、水深和流速等关键信息,对深圳市公明水库的防洪工程与非工程措施进行了研究,为区域防洪决策与规划管理提供了理论依据。

土石坝漫顶溃坝过程离心模型试验与数值模拟(英文)

利用溃坝离心模型试验系统,分别对3种不同坝高均质土石坝(最大坝高达32.0 m)及坝高为16.0 m的黏土心墙坝开展了漫顶溃坝试验研究,清楚地揭示了其溃决机理、溃口发展规律。结果发现,对于均质土石坝,随着坝高的增加,溃口的纵向下切与溃口边坡的失稳坍塌速度明显加快,溃口流量过程线更为陡峭,峰值流量增大,且峰值流量出现时间更早,溃坝历时更短;黏土心墙坝与均质坝溃决机理与溃口发展规律明显不同,随着漫坝水流对下游坝壳冲蚀程度的增加,黏土心墙发生剪断破坏,溃口洪水流量迅速增大。基于上述试验结果,分别提出了描述均质土石坝和黏土心墙坝溃坝过程和计算溃坝洪水流量过程的数学模型,并建议了相应的数值计算方法。数值模拟与试验结果的对比证明了建议溃坝数学模型的合理性。

溃坝洪水模拟中泥沙因素的影响

鉴于在溃坝洪水模拟中较少考虑泥沙因素的影响,采用欧拉模型即双流体模型模拟了溃坝洪水中的悬移质泥沙颗粒,通过对比来流为清水、含悬移质泥沙的水沙流两种情况下壁面剪切力,证实了悬移质泥沙可增强水流剪切作用、加速溃坝过程,并分析了淹没区障碍物对悬移质泥沙的影响,给出了溃口发展过程和下游河道泥沙淤积状况。所有模拟结果均符合实际溃坝规律,可为溃坝洪水精确模拟和灾害性分析提供参考。

基于光滑粒子流体动力学方法的溃坝水流模拟

受全球气候变暖的影响,由极端天气引发的类似溃坝等问题发生的概率大大增加,深入研究溃坝水流的水动力特性势在必行。在分析光滑粒子流体动力学基本原理的基础上,提出了一种改进的边界处理方法,即将接近壁面的流体视为层流,在耦合动力边界附近引入层流黏性近似边界层理论。采用该方法对溃坝水流进行数值模拟,将SPH数值模拟得到的外轮廓、自由液面高度以及压力与实验结果进行了比较和分析。结果表明:改进的边界处理方法较完整地得到了水流与壁面相互作用而产生的多种复杂的物理现象,其外部轮廓与实验非常吻合;自由表面融合过程中液面间冲击的能量耗散会导致融合后的液面高度存在一些差异;不同监测点处压力随时间的变化基本落在置信区间之内。数值模拟结果与实验结果吻合度较高,验证了改进方案的可靠性和计算结果的准确性。

基于双流体模型的三维溃坝洪水模拟

在溃坝洪水模拟中,泥沙因素的影响不可忽略。针对坝体溃决中的水沙流动,溃口采用DAMBRK模型中的概化梯形模型,通过欧拉模型即双流体模型成功模拟了溃坝洪水中的悬移质泥沙颗粒。对比来流分别为清水和含悬移质泥沙的水沙流、在下游有村庄阻水和无阻水情况下坝面剪切力的大小,证明悬移质泥沙加快了坝体溃决,下游阻水建筑物对水沙流的破坏有抑制作用,最后给出了河道中泥沙的淤积分布情况。所有模拟结果均符合实际溃坝规律和环境。

基于水库溃坝洪水特征量的淹没危险性研究

水库大坝防护着下游人民的生命财产安全,预先掌握下游淹没范围和受灾区的危险程度,对下游防灾减灾至关重要。溃坝洪水的淹没水深、流速、到达时间等洪水特征量是下游致灾严重程度的关键性影响因素,利用HEC-RAS模拟均质土坝的二维溃坝及洪水演进,获得下游淹没区的淹没水深、流速及洪水到达时间等洪水特征量,采用层次分析法计算淹没水深及流速的权重,并考虑洪水到达时间对致灾的影响,构建淹没区的危险度指标,将淹没区划分为高风险、中风险、低风险并绘制洪水淹没风险图。研究成果可作为分区制定应急转移方案的依据,为应急决策和减灾提供技术支撑。

大伙房水库上游某尾矿库溃坝应急处理工程措施研究

为降低尾矿库溃坝事故对下游人员、财产安全带来的危害,采用计算模型模拟方法,对大伙房水库上游某尾矿库溃坝事故进行模拟,研究了发生溃坝事故时的溃口宽度、溃坝砂流流量、溃坝历时、下游人员撤离的安全高程等重要参数以及进入大伙房水库上游河流的尾矿浆的流量。在此基础上,得出了下游人员撤离的范围、时间和安全高程,提出针对该尾矿库的应急处理工程措施,如砂流进入河流前的拦截措施,进入河流后拦截-吸附处理或截留-单独处理等措施。