黄河下游透水丁坝瞬溃后水力及冲淤特性研究

溃坝是一种瞬时带有巨大破坏作用的灾害性过程,可引起河床的骤冲、骤淤以及下游岸滩失稳坍塌。基于MIKE21 FM软件构建二维水动力数值模型,模拟了黄河下游老君堂河段拟建透水丁坝群中首排丁坝瞬时全溃后所诱发的水流泥沙运动过程,分析了溃坝后床面剪切力的分布变化,阐明了坝群附近河床的冲淤特点。研究表明:首排坝瞬溃后,溃坝波受下游丁坝群的影响而改变了其传播演进过程线;溃坝对主槽的输沙能力影响较弱,但却显著地影响了坝区泥沙的起动和沉降;首排坝的坝体和次排坝的坝头是受损最严重的区域,因此建议采用实体丁坝与透水丁坝相结合的复合式配置方式,即首排坝和次排坝采用实体丁坝、其余位置采用透水丁坝,以加强各工况丁坝群运行的稳定性。

基于生态系统服务价值的尾矿库溃坝短期生态环境损失评估

尾矿库溃坝不但会对下游居民生命财产安全构成威胁,而且会导致当地生态环境遭到严重破坏。为了定量评估尾矿库溃坝造成的生态环境损失,在溃坝尾砂流演进过程模拟的基础上,提出了基于生态系统服务价值的尾矿库溃坝生态环境损失评估方法。以江西省某铁矿尾矿库工程为例,模拟了溃坝尾砂流演进过程,获取了该尾矿库下游受灾区域分布及危险程度区划图,并从生态系统服务价值的角度评估了尾矿库溃坝造成的短期生态环境损失。结果表明:采用Bingham流变模型可有效模拟尾矿库溃坝及尾砂演进过程,获得尾矿库下游地区受灾情况;尾矿库下游地区受到溃坝影响的生态系统主要包括森林生态系统和农田生态系统,其中森林生态系统遭受的损失最大。所提方法可为类似尾矿库工程漫顶溃坝生态环境损失评估提供理论参考。

堆石坝溃口流量过程计算

基于已有堆石坝研究的理论分析和模型试验成果,综合水库调洪演算、溃口泥沙石料冲刷侵蚀计算和面板折断力学分析,构建了面板堆石坝漫顶溃口流量过程计算模型,以某面板堆石坝水库为例进行溃坝计算,并与其他溃坝计算结果做了对比。结果表明,该模型合理,计算精度较高,可为类似堆石坝的溃坝后果评估提供参考。

土石坝漫顶溃决过程数值模拟研究

针对水动力条件变化复杂、水土耦合作用强烈的土石坝溃决过程,结合水库调洪演算、清水冲刷以及溃口冲刷侵蚀机理,在Breach模型基础上建立了土石坝漫顶溃口流量过程计算物理模型。结果表明:模型对JP水库大坝溃决过程的模拟,很好地再现了溃决洪水流量过程线、溃口展宽和下切过程,验证了模型的合理性和应用潜力。

溃坝泥石流起动过程及其动力学特征

溃坝泥石流是由于滑坡、地震等自然灾害或不当的人为堆土弃渣产生大量固体物质淤堵沟道或河流后,在遭遇暴雨或汇流冲刷作用下致使淤堵体突然溃决而形成的一种特殊固液两相流。本文采用自制泥石流模拟变坡水槽,实施了24组溃坝泥石流模拟实验,按照溃决方式和相对剪切力将溃坝泥石流划分为局部型和整体型两类,并分析了这两类溃坝型泥石流的成因,揭示其在起动过程中孔隙水压和水沙因子动力学特征。结果表明,小流量、小坡度下更容易形成局部溃坝型泥石流,否则更容易形成整体溃坝型泥石流,而且后者相对剪切驱动力大于前者,研究成果对于溃坝泥石流防治工程的规划设计以及提高泥石流防灾减灾水平具有重要意义。

川藏公路南线泥石流坝溃决洪水过程试验研究

川藏公路南线(西藏境内)由于区域地质地貌和气候环境条件的特殊性,近几十年来曾多次发生泥石流堵溃事件,坝体溃决所产生的洪水给下游造成了灾难性破坏。根据13组室内泥石流坝溃决模型试验对洪水流量过程进行研究发现,对流量影响最大的是堵塞坝的溃决形式,即重力再启动形式的溃决洪峰流量最大,水力再启动次之,冲刷型溃决最小;溃坝洪水洪峰流量与上游来水量流量成正比关系。溃决过程中的洪峰位置出现在库区水下泄30%～50%的时候;不论哪种形式溃决,洪峰在时间轴上的位置主要集中在整个洪水历时的1/3处。该研究可以为泥石流坝溃决洪水预测和下游综合避险减灾提供参考。

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。

尾矿坝溃坝过程研究

世界上的各种重大灾害中,尾矿库灾害仅次于地震、霍乱、洪水等灾害而居世界第18位。尾矿坝溃坝过程研究和溃坝灾害风险评估体系建立是保证尾矿库安全运行和减小灾害危害的必要手段。为此,在收集国内外尾矿坝溃坝资料研究的基础上,对尾矿坝溃口砂流流量过程及溃口形成过程进行了分析,使用二维浅水波方程建立了溃坝砂流演进数学模型,并对该数学模型的初始条件、边界条件、计算方法进行了阐述。基于建立的溃坝砂流演进模型,以某尾矿坝为例,进行尾矿坝溃坝灾害的风险分析。案例分析结果表明,所建立的尾矿坝溃坝过程模型是可行和实用的。

基于BIM+GIS技术的前坪水库溃坝洪水数值模拟

为确保水库汛期防洪及水库下游人民生命财产安全,以河南省汝阳县前坪水库为例,基于库区高精度地形图和DEM,采用BIM技术、GIS技术结合MIKE软件建立水库溃坝一维、二维耦合数值模型,模拟水库大坝在5000 a一遇校核洪水位下溃坝及洪水下泄过程,计算水库溃口流量过程及溃决后洪水在下游的演进过程,获得水库下游淹没区范围、淹没区流态等洪水风险信息。结果表明:大坝溃口流量过程与经验公式计算结果较吻合,数值模型可有效模拟溃坝后洪水下游演进风险特征,计算结果较为合理,三维洪水演进过程直观准确。

一种无干扰全流程水深测试方法及其在溃坝水流试验研究中的应用

基于MATLAB图像处理和计算机视觉模块函数库,开发了一种无干扰全流程水深测试方法:首先利用Camera Calibration工具箱标定摄像机以得到标定代码;其次,将记录水流运动的视频文件逐帧保存,利用标定代码消除每帧图片中由于广角镜头产生的桶形畸变,并对图片灰度化和二值化,同时加入中值滤波消除噪声;最后,读取二值图黑色像素点,将其转换为实际水深,从而获取其时空分布特性。运用该方法对强非恒定流–溃坝水流进行了试验测量,研究工况为上游水深500 mm,水深比(初始时刻下游与上游水深之比)为0～0.9。观测发现,溃坝水流可大致分为3种演进模式:简单波(水深比为0)、间断波(水深比为0～0.4)、起伏波(水深比为0.4～1.0)。分别选取3种典型工况(水深比为0、0.3、0.6)数据与波高仪测量结果进行了对比,结果表明,除上下游静水区二者数据吻合良好外,下游水面光滑平顺的渐变流区、激波前锋与下游出现强间断的激波区及水面起伏明显的起伏波区,波高仪较图像技术都有不同程度的壅高,水流演进越剧烈,壅高越明显。本文建立的测量方法无需在水流中安放测量仪器,具有无侵入性,对流场无干扰,不仅能够获取全流程水深数据、重现水流完整演进过程,还能很好地捕捉到诸如水流跃起、翻滚、波动、空气卷吸等流态细节。另外,试验中保持稳定光照及染色浓度,有助于降低图片噪点、改善图片质量,从而进一步提高测量结果的精度。

堰塞坝溃坝过程分析及影响因素研究

本文通过堰塞坝漫顶溃坝模拟实验,将堰塞坝溃坝归纳概括为初始溃口形成、溃口发展、最终稳定三个阶段。在其他参数相同的情况下,通过对3组实验流量变化的比较,研究了坝体高度、长度与洪峰流量、洪峰来临时间、洪峰持续过程的相互关系,并研究了溃口形状特点,对相关工程应用有一定借鉴意义。