Numerical Simulation of Dam-Break Flooding of Cascade Reservoirs

Previous studies at home and abroad have mainly focused on single dam-break, and little attention has been paid so far to the dam-break of cascade reservoirs. Multi-source flooding, which can lead to three-dimensional turbulent phenomena and superposition effects, is the main difference between the dam-break of cascade and single reservoirs. Detailed descriptions of the coupled numerical simulation of multi-source flooding have little been reported, and the initial wet riverbed is rarely considered in current models. Therefore, in this paper, a method based on the three-dimensional (Formula presented.) turbulence model coupled with the volume-of-fluid method is proposed to simulate the dam-break flooding of cascade reservoirs. The upstream river, reservoir, and downstream river are connected by the internal boundary method, and the initial conditions, including river flow and reservoir water, are determined according to the results of the numerical simulation. Coupled numerical simulation of different dam-break flooding is then achieved. The present work solves the challenges presented by the enhancement and superposition of natural river flow, upstream flooding, and downstream flooding. This paper provides a theoretical basis for future studies on the dam-break flood routing of cascade reservoirs. © 2017 Tianjin University and Springer-Verlag GmbH Germany

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。

尾矿的特性、灾害及其资源潜力

尾矿是矿石磨细选别后残余的固体废弃物,尾矿物理化学特性及尾矿库的常规地表堆存共同导致尾矿库存在较大的安全与环境风险。低品位矿体高强度开采趋势下,我国尾矿年排放量维持在10亿t以上的高位,累计堆存规模超200亿t,细粒尾矿堆存方式、潜在灾害防治及综合利用面临新挑战,采选新技术装备及政策利好因素推动尾矿资源潜力亟待释放。因此,以尾矿物理化学特性、排放堆存方法、溃坝灾害、尾矿资源潜力为主线,综述了尾矿物理化学特性、尾矿堆存形式、尾矿溃坝灾害防治等方面的研究进展,系统梳理了尾矿空区充填、尾矿制备材料、尾矿二次利用、超积累植物提取金属元素、尾矿固碳等资源综合利用方法,可为研究者及工业界系统全面地重新审视尾矿废弃物特性、尾矿库灾害防治、矿产可持续开发利用提供启示。

甘肃某新建尾矿库坝体稳定性研究

为确保甘肃某新建尾矿库正常使用时坝体稳定性达标、无溃坝风险,本文利用有限元法及极限平衡法对新建尾矿库进行坝体稳定性分析,用以指导企业优化尾矿库的建设和管理,有效防范坝体失稳溃坝。文中渗流计算通过有限元法结合的方式确定浸润线,稳定计算采用瑞典圆弧法和简化毕肖普法得到尾矿坝在正常工况、洪水工况和特殊工况下6个典型断面的安全系数。结果表明:尾矿坝所有断面的安全系数均满足要求,正常工况下东南中侧断面(D)的安全系数最小,洪水工况和特殊工况下东北侧的砂场开采至设计深度时计算所得的断面(A)安全系数最小;砂场开采至设计深度与砂场回填相比,砂场回填能有效提升尾矿坝的稳定性。

极端条件下尾矿库排洪系统失效溃坝影响规律研究

为了有效减少尾矿库溃坝对周围各类设施带来的不良作用,采用MIKE 21平面二维水动力模块模拟最终堆积标高时达到漫顶情况下出现溃口且溃口逐渐扩大导致失稳对周围1 km各类设施的影响规律,溃口形状为倒梯形,溃口位置选取对下游最不利位置(尾矿库东北坝),生成二维溃坝演进模型,分别得到溃坝范围内的流量过程、淹没高程、淹没范围等数据。研究表明:该尾矿库在正常标高且良好管理下运行时,不会发生溃坝;当水库达到最高洪水位、排洪系统全部失效、遭遇远超1000年一遇洪水、24 h入库洪水总量超出安全运行水位至坝顶之间库容时,可能产生漫顶溃坝风险;洪水漫顶溃坝和边坡局部失稳溃坝后下泄的尾矿砂对东北侧砂场的影响均大于东南侧;洪水漫顶溃坝影响范围未超过1 km;局部边坡失稳溃坝下东北侧的溃坝影响范围超过1 km,但此时溃坝已停止,泥石流不再向前移动,风险处于可控状态。

某水库超标准洪水应急防御预案研究

针对水库防汛期的薄弱环节及隐患问题,为制定超标准洪水应急防御预案,结合具体工程实例,采用圣维南经验公式法进行溃坝洪水计算,结合风险因素及溃坝洪水演算,设置了3类超标准洪水分析方案,从正常情况、非常情况及极端情况调度三方面制定避洪转移应急预案,通过调度、加固坝顶、避洪转移等举措,对防汛减灾产生积极影响,具有一定的借鉴意义。

大洋水库溃坝洪水数值模拟研究

浙江省小型水库大多建于20世纪70年代之前,已达到或超过使用年限,进入了病险多发期,其溃坝风险逐渐加大。结合水利部门提出的要把预报、预演、预警、预案作为水库安全度汛的关键抓手,本文通过数字化手段,利用二维水动力模型,开展大洋水库溃坝过程仿真模拟研究,模拟小型水库溃坝发展过程,绘制其溃坝影响范围图,可为制定针对性较强的小型水库溃坝突发事件安全应急预案提供技术支持。

泰安市果庄河流域串(并)联水库溃坝模拟分析

针对山丘区串(并)联水库群溃坝后的风险问题,选取泰安市果庄河流域内的4座小型串(并)联水库为研究对象。采用数值模拟的方法对串(并)联水库群的溃坝淹没情况及风险性进行了分析,计算了水库溃坝流量,搭建了二维水动力学模型进行水库溃坝数值模拟。通过分析不同溃坝方案下小型梯级水库群淹没要素,以淹没面积为风险评估指标进行风险性分析,分析结果可为山丘区串(并)联水库的溃坝风险评估和风险对应提供技术支撑。

上游水库溃坝对铁路货场的影响分析

新建咸宁货场综合物流基地工程选址于王家祠水库下游,一旦水库发生溃坝,将对铁路货场的运营安全构成极大威胁。铁路勘测阶段通过详细调查水库情况,结合铁路工程水文勘测设计规范,研究了上游水库对新建货场选址处流量的影响,为货场的选址和设计提供了重要参考,相关研究思路可为类似铁路工程的勘察设计提供借鉴。

某特高堆石坝溃决过程及下游梯级水库群风险防控研究

水库大坝是重要的基础设施,其运行安全事关人民生命财产安全和社会稳定。应用DB-IWHR模型模拟某特高堆石坝因超标准洪水、泄洪建筑物失控、安全事件等原因导致坝体溃决的洪水过程。利用HEC-RAS软件模拟安全事件情景下的溃坝洪水演进,并对比分析通过预警提前降低水位与否对下游水库群受溃坝洪水影响程度的差异。研究结果表明,降低水位能够显著减小溃坝洪峰洪量,梯级水库群可通过预警腾库、减小蓄水量,有效削弱、截断上游溃坝风险的传导;水库调节性能、坝体抗风险能力等是梯级水库群布置应予考虑的重要因素。

基于HEC-RAS的跃进水库溃坝洪水风险分析

水库大坝一旦发生溃坝,溃坝洪水会对下游造成毁灭性的影响。该文以黑龙江省五大连池市跃进水库为研究对象,使用HEC-RAS软件建立二维非恒定流溃坝模型,模拟跃进水库溃坝后的洪水淹没范围和时间演变特征。研究结果可为水库防洪抢险指挥和应急预案的编制提供理论依据。

清远抽水蓄能电站溃坝洪水演进及影响分析

为研究清远抽水蓄能电站溃坝对下游梯级水库和防洪保护区的影响,利用MIKEFLOOD构建一二维耦合模型对溃坝洪水演进进行模拟。研究共设置12种工况,分析不同因素对溃坝后洪水流量、淹没范围、淹没水深等演进过程的影响。结果显示,溃决形式(溃口宽度)及溃决水位、溃决历时都是影响溃坝洪水的重要因素,且梯级电站溃坝后对于距离较近且地势较低的楼心村、大楼村影响最为显著,应采取相应预防措施。

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。

EXPERIMENTAL STUDY OF DAM-BREAK FLOW IN CASCADE RESERVOIRS WITH STEEP BOTTOM SLOPE

Dam break can cause a significant disaster in the downstream, especially, in a valley with cascade reservoirs, which would aggravate the disaster extent. The experimental studies of the dam-break flow of cascade reservoirs are few and far between at the present, Most of related studies concern the failure of a single dam.. This article presents an experimental study of the characteristics of an instantly filled dam-break flow of cascade reservoirs in a rectangular glass flume with a steep bottom slope. A new method was used to simulate the sudden collapse of the dam. A series of sensors for automatic water-levels were deployed to record the rapid water depth fluctuation. The experimental results show that, the ratio of the initial water depth of the downstream reservoir to that of the upstream reservoir would greatly affect the flood peak water depth in the downstream reservoir area and in the stream channel behind the downstream dam, while the influence of the dam spacing is insignificant. In addition, the comparison between the single reservoir and the cascade reservoirs shows some difference in the dam-break flow pattern and the stage hydrograph at the corresponding gauging points.

尾矿库溃坝灾害链及断链减灾控制技术研究

尾矿库溃坝灾害是影响矿山安全的主要灾害之一,其溃坝机理和控制的研究是当前的热点问题。在尾矿库事故统计分析基础上,根据灾害系统理论,从尾矿库溃坝灾害的形成发育过程入手,构建了五种常见的尾矿库溃坝灾害链模型和灾害链节点横向耦合形成的复杂灾害链网,分析了其成灾特征,并结合工程实例验证了理论模型的合理性。研究结果表明:①尾矿库溃坝灾害链演变过程可划分为早期孕育阶段、中期潜存阶段和晚期诱发阶段;②从各阶段的特征出发,提出了相应断链减灾措施,特别是早期孕源减灾策略;③将尾矿库溃坝灾害链理论应用于湖南省某尾矿库工程治理上,实现了该尾矿库灾害控制。

尾矿库溃坝风险评价方法的研究进展

溃坝风险评价作为管理者开展尾矿库风险管理的重要手段,对减少和防止尾矿库溃坝事故的发生,保障其安全运行具有重要意义。因此,进行尾矿库溃坝风险评价相关理论和方法的研究非常必要。通过大量的文献调研和分析,较系统回顾和总结了中国尾矿库溃坝风险评价方法的运用现状,并对不同方法存在的问题和局限性进行了探讨。在此基础上,指出了尾矿库溃坝风险评价未来的研究方向。

基于GIS的水库洪水风险图编制

利用水文学方法、水库溃坝洪水计算模型及二维水力学数学模型分别对水库库区洪水风险和水库溃坝洪水风险进行分析,利用Microsoft Visual Basic 6.0对ArcGIS进行二次开发,将风险信息按照一定的方式自动显示在地图上,从而实现了水库洪水风险图的自动编制,并将该方法应用于江苏省石梁河水库洪水风险图的编制.应用结果表明,通过该方法编制的水库洪水风险图可以为当地防汛部门制订科学合理的防洪调度方案和抗洪救灾措施提供科学依据和技术支撑.

水库溃坝损失及其计算方法研究

主要研究水库渍坝损失及其计算方法．分析了水库溃坝及其损失的特点，提出了溃坝洪水淹没损失的直接经济损失的实物型损失与收益型损失、间接经济损失、非经济损失的内容及其计算方法，并探讨了库区坍岸损失与清决工程损失计算方法．

基于变权综合层次分析法的尾矿库溃坝风险模型

影响尾矿库溃坝的因素较多且相互作用、彼此耦合,因此尾矿库溃坝风险评价具有不确定性.根据尾矿库安全影响因素建立层次结构模型,构造各相应层次判断矩阵,应用层次分析法将定性分析与定量分析相结合,从而求得各因素的权重.将变权综合分析法引入到层次分析法中.构建均衡函数并通过均衡系数α来进一步优化各影响因素的权重取值.工程实例的应用表明该方法能得到较为合理的评价结果.同时分析了单一因素改变对评价结果的影响,综合分析变权评价与常权评价结果的差异,结果表明变权评价能更好地反映工程实际情况,特别是当指标参数差时,变权评价可以显著降低评分.

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。