堰塞坝溃坝数学模型研究与应用

针对堰塞坝坝体土石料的宽级配特性,引入与水流方向垂直的附加作用力来考虑粗颗粒对细颗粒的阻拦、遮蔽作用以及细颗粒对粗颗粒的包围、填实作用,提出了一个可模拟堰塞坝漫顶溃决过程溃口发展规律与流量过程的数值模型和相应的计算方法,利用该模型对唐家山堰塞坝泄流过程进行了模拟,得出的泄流槽发展规律与洪水流量过程与实测资料接近,验证了该模型和计算方法的合理性。进一步,利用笔者建议的数学模型及数值计算方法,比较分析了唐家山堰塞坝除险过程中泄流槽断面型式对堰塞坝泄流过程的影响,发现堰塞湖在采用泄流槽引流除险时,泄流槽深度与断面型式对其泄流过程具有重要影响,增加泄流槽深度,可明显提高泄流效率,但堰塞湖下游将承受更大的风险。对于同样深度的梯形泄流槽,如果将槽底部断面减小,形成复合梯形泄流槽,不仅可减少开挖工作量,而且没有明显降低泄流效率,同时后者的泄流过程更为平缓,最大洪峰流量减小,出现的时间滞后,堰塞湖下游承受的风险也将降低。     

金沙江白格堰塞坝自然泄流冲刷溃决过程数值模拟

堰塞坝冲刷溃决及溃决洪水演进过程十分复杂,其溃决洪水对下游人民生命财产构成巨大威胁。利用数值分析方法对大型滑坡堰塞坝的溃决演进过程进行模拟和重演,对堰塞湖下游的避险与防灾减灾具有重要指导意义。以2018年金沙江"10·11"白格滑坡堰塞湖为例,基于无人机获取的地形数据,建立白格滑坡堰塞坝的三维数值模型,采用Flow-3D软件对堰塞坝的自然泄流冲刷溃决过程进行模拟,分析泄流槽内的流速、冲淤变化特征以及下游溃口处的洪峰流量演变过程。模拟结果表明:堰塞坝漫顶冲刷可以划分为溃决冲刷前、溃口快速拓展阶段、洪峰时刻、溃口稳定发展阶段4个时间段;溃决泄流过程中,泄流槽斜坡道上的水流流速较大,冲刷深度最大,堰塞坝下游出现明显淤积;白格堰塞湖溃决过程中出现了明显的溯源侵蚀现象,在泄流槽不断下切的过程中,泄流槽跌坎不断向上游移动。模拟结果有助于进一步深化对金沙江"10·11"白格滑坡堰塞坝冲刷溃决过程和机理的认识,对于堰塞湖应急处置措施和科学避险方案的制定具有一定的参考价值。     

唐家山堰塞湖应急处置技术特点与体会

四川汶川大地震造成北川附近唐家山山体大滑坡，形成一座危害程度极高的堰塞湖。为避免堰塞坝溃决而导致严重的次生灾害，由水利部组织实施了唐家山堰塞湖除险工程措施。工程应急处置方案为开挖泄流渠引流冲刷，并在实施过程对方案进行动态调整优化。唐家山堰塞湖排险施工历时17 d，成功地解除了险情，工程施工与泄流过程未造成人员伤亡。在唐家山应急除险中，充分体现行业专业优势和技术支撑作用，应急处置中采取的“因势利导、借力自然、安全可控”的技术思路，可作为其他大型堰塞湖抢险的科学指导原则。     

某堰塞坝冲刷溃决数值模拟分析

堰塞坝发生溃决破坏会严重威胁下游人民的安全。为降低其对下游的威胁,文章以黑西洛沟滑坡-泥石流-堰塞湖灾害为例,通过Flow-3D软件对坝体溃决过程进行模拟,得到流速特征及溃口冲淤情况。结果表明：泄流过程中,溃口逐步扩展,坝体下游出现侵蚀破坏,随后溃口向上游发展;泄流槽末端最大流速达到17.5m/s,溃口迅速下切,冲刷深度达25.7m。坝体下游出现淤积,淤积高度达8.4m。溃决过程中,跌坎不断向上移动,发生溯源侵蚀。研究成果有助于深入分析黑西洛堰塞坝溃决过程及机理,为今后处置堰塞体提供支持。     

金沙江白格堰塞湖溃坝洪水分析

准确分析预测堰塞湖溃坝洪峰流量可为应急处置方案的制定和应急决策提供技术支撑。采用基于双曲线模型的冲刷侵蚀溃坝洪水分析方法,结合"10·11"和"11·03"白格堰塞湖溃坝洪水分析预测与应急抢险实践,对"10·11"白格堰塞湖自动漫顶溢流过程、"11·03"白格堰塞湖开挖人工导流槽和不开挖人工导流槽溃坝洪水过程进行了分析计算,并与应急除险过程中的实测资料进行对比。结果表明,数值计算结果与实测数据基本一致。这说明冲刷侵蚀模型的溃坝洪水分析方法可较好地分析预测堰塞坝溃决过程,白格堰塞坝溃决洪水分析预测时冲刷侵蚀率取a=1. 1,b=0. 000 5是合适的。此研究成果可供类似土石坝、堰塞坝风险分析和处理类似堰塞湖提供一定参考。     

红石岩堰塞湖应急处置的关键技术

云南鲁甸"8·03"地震导致牛栏江红石岩水电站下游600 m处山体滑坡堵江,形成最大库容达2.6亿m3的堰塞湖,对下游天花板、黄角树两座水电站及下游3万余人造成极大威胁,需采取及时有效的应急处置措施。本文基于无量纲堆积体指标法判断堰塞湖溃决的可能性,总结该堰塞湖应急处置措施,并对不同开挖方案泄流槽的泄流能力及运用DB-IWHR程序的溃坝洪水对比分析,结果表明:实际采用的开挖深8 m、宽5 m泄流槽方案是最恰当的应急处置工程措施。此研究成果可供处理类似堰塞湖参考。     

唐家山堰塞湖排险设备保障方案

四川汶川地震形成的唐家山堰塞湖采用开挖泄流槽的处理方案,为了保障泄流槽的顺利开挖,参加排险的广大指战员从设备的集结、检修试车、吊运捆扎及施工组合等多方面进行了详细的研究策划,保障了堰塞湖排险设备的顺利吊运,为堰塞湖的成功排险奠定了基础.     

唐家山堰塞坝泄流过程中的地质作用

唐家山滑坡是汶川地震产生的规模最大的滑坡，形成了举世闻名的唐家山堰塞湖。在唐家山堰塞湖的处置过程中，密切观察泄流过程中的地质作用，监测周边山坡及泄流槽边坡的活动特点，及时、准确地进行预警、预报，合理选择现场人员在危险情况下的避难场所，恰当处置危险物品，合理调配运输工具，有序安排人员撤离，确保工程区抢险人员生命与财产安全是非常重要的。     

抛掷爆破技术在马鞍石堰塞湖应急排险处置中的应用

马鞍石堰塞湖由石坎河左岸山体滑坡堵塞而成,其对外交通全部中断.因受机械设备吊运影响,除险泄流槽采用人工开挖的方式进行.通过合理确定爆破参数,成功地进行了4次抛掷爆破拉槽,再人工捡底的方法开挖出了一条底宽约2 m、深约3 m,长282 m的泄流槽.     

唐家山堰塞湖抢险工程的后勤保障

中国人民武装警察部队水电第一总队奉命参加唐家山堰塞湖抢险,在多军兵种协同作战中作为工程后勤保障的重要成员单位,在自然条件极其恶劣的情况下,以保施工保生活为重点,以有力的后勤保障为圆满完成抢险任务奠定了坚实的基础.5月26日至31日泄流槽施工期间,水电第一总队在设备和油料、食品和卫生防疫方面的后勤保障工作,保证了泄流槽顺利开挖,提前5天超额完成了水利部专家组制定的最高泄流方案.     

小型人工湖蓝藻水华季节性发生规律及其防治研究

以西安鱼化湖为研究对象,通过原位观测总结了鱼化湖季节性蓝藻发生的现象和规律,表明蓝藻水华的发生季节与水质富营养化程度密切相关,人工湖蓝藻水华产生的原因主要可归纳为外源因素和内源因素。在蓝藻水华现象和原因分析的基础上针对鱼化湖具体特点提出了蓝藻的治理方法,所得结论与建议可为以后人工湖蓝藻预防与治理提供借鉴。     

白格堰塞湖泄流对上游岸坡稳定性的影响

2018年10月11日,位于西藏江达县和四川白玉县交界处的金沙江沿岸发生了大型山体滑坡——白格滑坡,造成金沙江堵塞并形成堰塞湖;2018年11月3日该处发生二次滑坡,再次堵江并造成堰塞湖蓄水量增加。为了研究白格堰塞湖在人工挖槽泄流阶段对上游岸坡稳定性的影响,以堰塞体上游某天然岸坡为例,采用有限元软件PLAXIS研究了该边坡在水位下降过程中的变形特征及稳定性变化规律。结果表明:①随着堰塞湖水的逐渐泄流,坡体表面位移变形逐渐增大,坡体后缘部位最大位移达到8.5 cm,中部和前缘变形相对较小;②水位下降过程中,坡体后缘的塑性区向下扩展,但未形成贯通的塑性区,同时安全系数也逐渐减小,最终为1.16;③各降水阶段坡体的最不利滑裂面相同,滑弧剪出口位于滑坡体高程3 150 m处,距坡脚约250 m,确定了该岸坡潜在的滑坡形式为高位滑坡。研究成果对后期该区域滑坡灾害的预防和控制有一定参考价值。     

杭州下沙金沙湖水质污染防范体系研究

湖泊富营养化防治体系设计是人工湖建设的关键内容,也是实现人工湖水质目标的根本保障。以人工开挖的杭州下沙金沙湖为研究对象,针对该湖湖区河道水质较差的环境问题,提出集成湖泊污染控制、湖泊生态引水、湖泊形态设计与湖泊生态系统建设的水质污染防范体系,并对各部分的设计思路、确定方法和主要结论进行了阐述,最后采用湖泊建成后的实测水质资料,对湖泊水质目标实现情况进行了检验。设计思路和分析方法可为其他类似工程提供参考。     

考虑材料冲蚀性沿深度变化的堰塞体漫顶溃决模拟

合理预测堰塞体的溃决过程对于致灾后果评价和防灾减灾工作的开展具有至关重要的意义,但由于堰塞体结构和材料的复杂性,给预测工作带来了挑战。基于堰塞体的地质勘察资料和溃决机理,建立了一个可考虑材料冲蚀特性随深度变化的堰塞体漫顶溃决过程数学模型。模型主要包括水动力模块、材料冲蚀模块和溃口发展模块,并采用按时间步长迭代的数值计算方法模拟堰塞体溃决时的水土耦合过程。选择拥有实测资料的白格“11·03”堰塞体溃决案例对模型进行验证,模拟结果验证了模型的合理性。参数敏感性分析结果表明,堰塞体材料冲蚀系数对溃口流量过程具有重要影响,堰塞体材料临界剪应力对溃决过程影响较小;另外,开挖泄流槽可大幅降低库容较大堰塞湖溃决时的溃口峰值流量,是一种行之有效的减灾手段。     

人工湖优化设计方法

针对防洪治涝工程设计规划中人工湖布局缺乏明确的技术依据问题,为了提高人工湖调蓄洪水的功效,优化城市防洪治涝体系,分析了人工湖对河道洪水过程的影响和防洪调蓄的功效。通过系统优化分析,提出了人工湖面积和布置位置的确定方法。实例说明,提出的人工湖优化设计方法简单有效,可供城市防洪治涝工程规划设计参考。     

三维水质模型在城市人工湖设计中的应用

基于人工湖设计的灵活性和后期的可调控性,运用三维水质模型,对人工湖设计方案进行水动力和水质富营养化的预测研究,通过定量计算得到最适的人工湖设计方案。以镇江金山人工湖为实例,对湖形设计、水调控措施等设计方案对水质的影响进行计算模拟,在此基础上完善人工湖设计并制定长效管理措施,建议在不易暴发富营养化的时间段先行引长江水以降低初始营养盐浓度,从而控制叶绿素a浓度的增长。     

基于WEP模型和TRMM_PR的唐家山堰塞湖入湖径流预报

为解决缺资料地区的堰塞湖入湖径流模拟预报问题,本文以2008年5月12汶川大地震形成的唐家山堰塞湖为研究对象;采用分布式水文模型与热带降雨测量卫星的降雨数据（TRMM_PR）相结合的方法,设置了3种降水输入模式,对堰塞湖形成期内（5月12日—6月9日）的日均入湖流量进行了模拟预报,并利用监测期内（5月29日—6月9日）入湖径流实测资料与模拟结果进行了对比。结果表明：根据气象站实测降水数据对TRMM_PR数据进行修正后输入模型（模式3）,比将气象站实测数据直接输入模型（模式1）和将TRMM_PR观测数据直接输入模型（模式2）的模拟结果要好。本文的模拟结果表明,分布式水文模型可以和星载雷达测雨数据相结合可有效弥补因气象站点过于稀疏、单站控制面积过大造成的资料缺乏问题,而利用气象站点观测数据对TRMM_PR数据进行修正可以有效改善模型的降水输入,从而可以提高入湖径流预报精度。     

基于数值方法的城市人工湖泊水体交换研究

为定量分析和定性掌握引调水作用下城市人工湖泊的水体交换能力,以某城市人工湖泊为例,建立了水动力和对流扩散模型,通过获得湖内保守性物质含量的分布,计算了人工湖的水体更新时间和水体交换率。模型依据实测水位资料得到校准和验证。计算结果表明,主湖区的水体更新时间较短,不超过10 d,湖区整体更新时间最短可达13 d,水体交换率最大可达94%。内湖水体受其半封闭性形态限制更新时间较长。对内湖及湖周死水区域采取增加抽注水等工程措施,可显著改善湖内水体交换效果。研究结果有助于理解湖内水体中的物质输移过程,可用于人工湖泊的规划设计和调度运行的决策管理,对其他同类型城市人工湖泊的水体交换研究具有一定的参考作用。     

堰塞体堵江对雅鲁藏布大峡谷地区河流地貌的影响

雅鲁藏布大峡谷地区地质灾害频繁,以易贡藏布与帕隆藏布两条支流为主,这2条河流沿岸发生滑坡、崩塌和泥石流易形成堰塞体堵塞河道并形成堰塞湖。基于易贡湖、古乡湖、然乌湖和天磨沟的多年遥感影像以及函数拟合纵剖面分析与野外调查,分析堰塞体上游河床演变过程及其河流地貌学意义。以易贡湖为例,当堰塞湖水深从4 m增至8 m时,估算其单宽输沙能力增加约3倍,但输沙率沿程快速衰减,泥沙进入堰塞湖中发生严重淤积,从而发育较多成型淤积体,同时洪水期水流将原有成型淤积体(如沙洲)冲刷分割为不规则的群体沙洲,使得湖内河床形态持续变化。本成果为研究河流地貌对堰塞体堵江的响应提供了基础。     

基于人工湿地的组合处理系统净化校园人工湖设计

对成都某高校人工湖现状进行调研,并对目前国内外人工湖、景观水的水处理方法进行了比较,结合校园人工湖具体情况,采用"动力循环+砂滤+跌水充氧+人工湿地+湖体"生态组合处理系统进行校园人工湖的净化,并加装二氧化氯发生器用于藻类多发期的除藻,运行效果良好.