基于水库溃坝洪水特征量的淹没危险性研究.pdf
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1、:/.:/第 卷 增 人民珠江 年 月 收稿日期:作者简介:罗德河()男硕士工程师主要从事水利工程防灾减灾、安全评价等方面研究 :.基于水库溃坝洪水特征量的淹没危险性研究罗德河李玉起史文杰(珠江水利委员会珠江水利科学研究院广东 广州)摘要: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 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
2、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关键字:溃坝模拟洪水特征量危险度洪水风险图中图分类号:.文献标志码:文章编号:()近年来极端天气频发部分流域雨情、汛情、旱情历史罕见水库大坝作为水利枢纽的重要组成部分在防洪、供水、灌溉、发电等功能中发挥了重要的作用而中国.万多座的各类水库中有.万座水库存在病险主要为小型水库 年中国部分地区发生严重洪涝灾害有 座水库出现漫坝、溃坝等重大险情其中河南郑州“”特大暴雨期间常庄水库(中型水库)发生多处管涌郭家咀水库(小()型)发生漫坝导致下游坝坡大范围冲刷垮塌所幸未发生决口溃
3、坝 根据 座溃坝数量的统计大坝发生溃决大部分是多种原因共同导致的结果包括漫顶、质量问题、管理不当等其中漫顶导致溃坝占比.为溃坝发生的主要原因而漫顶因超标准洪水、泄流能力不足等导致随着除险加固工程实施及运行管护能力提高中国大坝溃坝事件明显减少 据统计中国自 年有溃坝记录以来至 年共发生溃坝事件 座而 年中国发生水库溃坝 座年均溃坝率为.溃坝率已明显降低然而水库一旦发生溃坝对下游的损失是巨大的因此建立每座水库的洪水淹没风险图尤为重要 国内外对水库溃坝模拟已有不少研究成果班华珍通过 模拟不同方案的溃决过程分析演进规律和淹没特征并运用灾害系统理论分析溃坝洪水风险孙锐娇等模拟了不同工况下各计算断面最高水
4、位及对应时间以此分析受灾区经济损失贺娟等建立一维溃坝洪水演进模型对淹没范围及流速进行分析赵雪莹等用溃坝数学模型模拟了洪水演进获得下游风险区水位变化过程并分析溃坝洪水对下游影响洪水淹没风险图的研究主要为模型模拟结果的直观应用而进行深层次的分析研究较少本文考虑溃坝洪水淹没水深、流速及洪水到达时间的影响构建危险度指标并依此绘制由低风险、中风险、高风险区域组成的洪水淹没风险图为下游危险区实行分区管理和应急转移提供技术支撑 研究方法.二维溃坝模型计算原理 可用于一维、二维水动力学模型分析其中一维模型已有大量的研究成果二维水动力人民珠江 年增刊 学模型为近期新增其模型精度高适用于溃坝洪水的淹没分析本文采用
5、该软件进行模拟分析 二维水动力模型的原理是浅水方程其基本假定是水深尺度远小于另 个平面尺度连续方程、动量方程计算公式见式()、():()()式中 水位 水深 流速/单宽流量/水平方向运动黏度/河床底部糙率 科里奥利系数 垂直方向单位矢量 提供了多种溃口参数计算模型根据大坝的特征参数预测溃口本次模拟采用()回归方程溃口参数计算见式()、():.().()式中 溃口平均宽度 常数(漫顶为.管涌为.)溃坝时水库库容 最终溃口高度 溃口形成时间.洪水淹没危险度溃坝洪水演进过程中影响下游危险程度的洪水特征量主要包括淹没水深、流速、洪水到达时间等本文基于以上特征参数定义洪水淹没危险度见式():()()式中
6、 洪水淹没危险度 淹没水深 流速 淹 没 水 深 危 险 权 重 流速危险权重 洪水到达时间折减系数由于淹没水深与流速数值及物理意义上存在差异采用转换函数赋值法分别将淹没水深与流速进行归一化处理计算见式()、():()()()()式中、系数、淹没水深和流速最大值经处理后、值在 区间内发生溃坝时洪水到达下游的时间对应急抢险、人员转移等起到关键作用根据王立辉研究成果洪水到达时间小于 时可划分为危险区洪水到达时间大于 时可划分为轻灾区 本文将洪水到达时间作为下游危害程度的折减系数当洪水到达时间小于 时危险性极高取.当洪水到达时间大于 时危险性减轻取.当洪水到达时间介于 时不进行折减取.对于淹没水深及
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