堰塞坝溃坝研究综述

堰塞坝溃坝是一种遍及世界的地质灾害事件,堰塞坝溃坝研究的目的是减少堰塞坝对下游人民生命财产安全、交通道路和生态环境的威胁。目前对堰塞坝溃坝研究的焦点主要集中在溃坝模式、溃坝模型、溃坝过程、溃坝机理和溃坝洪水等5个方面。回顾和总结中外有关堰塞坝溃坝问题的发展历程和已取得的研究成果,对堰塞坝溃坝模式、溃坝模型、溃坝过程、溃坝机理和溃坝洪水5个方面的研究现状进行了简要的概述,并提出了堰塞坝溃坝问题需要进一步研究的重点方向:将目前的溃坝模型分类,每一类别的模型要确定它所适用的堰塞坝类型,并对模型进行修正,以得到更加精确、可靠的溃坝模型;建立一种能够快速得到堰塞坝外部几何形态和内部物质组成结构的方法,为溃坝模型提供合理的参数;开展大尺度或原型堰塞坝溃决试验;构建一种可以精确预测堰塞坝溃坝问题的预警系统。     

我国堰塞湖溃坝特点及其防治

堰塞坝是一种未经人工碾压夯实的天然土石坝,主要由于降雨、地震等引起山体滑坡、崩塌堵塞河道所致。堰塞坝由于快速堆积形成,其坝体结构一般较为松散,基本没有胶结,在渗透水压力作用下易溃决。堰塞坝一旦溃决,将导致大量的洪水短时间内下泄,溃决产生的洪水或泥石流拥有巨大的能量,能够冲走房屋、牲畜、庄稼,给下游人民的生命财产带来巨大威胁,同时影响下游的自然生态。掌握堰塞坝的溃决机理,提前预测溃坝的发生,对于合理组织堰塞坝的治理和下游人民的转移具有重大意义。     

堰塞坝漫顶溃决过程与机理试验研究

为了分析堰塞坝的溃决过程与机理,进行了堰塞坝漫顶溃决试验.结合堰塞坝的溃口扩展和溃决流量过程,将漫顶溃决过程分为最初的缓慢侵蚀阶段和之后的快速侵蚀阶段.在这个过程中,溃口在纵向上的扩展以陡坎侵蚀的方式推进,而横向上的扩展由土体坍滑失稳引起.坝体漫顶破坏属于冲刷破坏.通过分析陡坎后退过程、冲刷过程及其机理,认为冲刷过程包...     

滑坡堰塞坝坝体溃决机理与溃决实验研究综述

相对于人工土石坝,天然形成的滑坡堰塞坝缺少加固、防渗及泄洪等工程措施来稳定堰塞湖水位,坝体结构不稳定、基础资料缺乏,发生的溃决现象具有突发性强、几率高、危险性大、排险处理紧迫的特点,亟需深入系统的研究.作者结合国内外堰塞坝形成及其溃决问题的研究现状,介绍了滑坡堰塞坝与人工土石坝的溃决特性、滑坡堰塞坝的溃决模式及寿命特征,以及滑坡堰塞坝溃决特性的物理模型试验研究、原型观测及大比尺现场试验研究、梯级滑坡堰塞坝溃决特性试验研究进展.最后提出了关于堰塞坝溃决机理、堰塞湖处置、溃决模式、原型及模型试验比尺效应、溃决过程原型监测预警等方面建议的研究方向.     

堰塞坝漫顶溃决过程数值模拟

根据堰塞坝坝体材料的宽级配特性,建立描述堰塞坝漫顶溃决溃口发展规律与流量过程的数值模型。该模型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和遮蔽作用以及细颗粒对粗颗粒的包围和填实作用。基于不同土体陡水槽冲蚀试验结果,针对宽级配堰塞坝材料在高强度水流侵蚀条件下的冲蚀特性,建议采用能反映坝体材料颗粒级配、密实度、强度、坝体坡度、水流速度及摩阻流速对冲蚀量影响的土体冲蚀公式。利用该数值模型对唐家山堰塞坝溃决案例进行计算分析,所得溃坝洪水流量过程与实测结果接近,验证了该模型和计算方法的合理性,表明该模型能准确反映水库库容和上游补给水流量对堰塞坝漫顶溃决发展过程的影响。     

堰塞坝溃口及洪峰参数模型评估与优化

由滑坡等失稳地质体快速堆积并堵塞河道形成的堰塞坝溃决后会对下游人民生命财产安全造成极大威胁。建立快速准确的溃决参数预测模型，是制定有效防灾减灾措施的必要条件。本文收集了75例包含坝高、库容、溃口峰值流量、坝体冲蚀系数等参数的堰塞坝案例，基于均方根误差、回归相关系数、百分比偏差三个指标对具有代表性的土石坝和堰塞坝参数模型进行评估。通过回归分析建立新的堰塞坝溃口深度预测模型及溃口峰值流量预测模型，将新建模型与现有模型对比，在实际案例中验证了模型的适用性。研究结果表明：现有模型中单参数、双参数及土石坝模型对于堰塞坝溃决参数预测效果不佳，考虑坝体易蚀性的参数模型具有较高准确性，本文所建新模型预测效果有所提升，使用范围更广，预测结果可为堰塞坝的防灾减灾措施提供参考。     

考虑颗粒组成的堰塞体溃口峰值流量快速预测模型

堰塞体的溃决洪水会给下游人民生命财产带来重大的威胁，快速、准确地预测溃口峰值流量，对科学评估堰塞体溃决致灾后果和应急响应具有重要意义.国内外学者基于堰塞体溃决案例调查资料，采用回归分析方法，提出了一系列预测堰塞体溃口峰值流量的参数模型，但已有的模型均未考虑堰塞体颗粒组成对溃口峰值流量的影响.基于国内外86座堰塞体案例的颗粒级配曲线，分析了3种不同类型堰塞体(土质型、混合型、块石型)的颗粒组分特性，并提出了堰塞体类型的定量划分指标.基于国内外已开展的模型试验结果及具有实测数据的堰塞体溃决案例，通过分析不同堰塞体类型、堰塞体形态、堰塞湖体积与溃口峰值流量之间的关系，选择堰塞体高度、宽度、溃决时的堰塞湖体积以及自定义的考虑颗粒组成的冲蚀因子等4个参数，采用多元回归分析方法，建立了堰塞体溃口峰值流量的快速预测模型.选取近年来发生的5座堰塞体溃决案例，对提出的模型进行验证，并与国内外已有的典型参数模型进行对比，计算结果表明，提出的参数模型计算溃口峰值流量的相对误差均在±20%以内，与其他模型相比具有一定的优势，验证了该模型的准确性.     

不同推移质输沙模型在溃坝洪水模拟中的对比分析

溃坝洪水模拟分析中,溃口的侵蚀过程对溃口展宽和洪峰流量有直接影响,决定溃坝洪水模拟的准确性.在对圆弧滑裂面溃口展宽模型简化的基础上,将16组推移质输沙方程换算为侵蚀率,发现基于经验输沙方程的"侵蚀率—剪应力"均呈指数形式.结合唐家山堰塞湖溃决过程,对比多组经验输沙方程和指数形式的侵蚀率模型对溃坝洪水分析的影响,结果表明,采用Einstein-Brown(1950)输沙方程和指数模型中a=5,b=1.3时,模拟结果与实测资料较为相符,验证了指数模型的可行性,并通过参数率定指数模型可替代经验输沙模型.但指数模型中b值对计算结果极为敏感,甚至会导致计算不收敛,因此基于土石料最大可能冲刷率的概念提出双曲线模型,解决了这一问题,对准确模拟土石坝和堰塞坝的溃决提供一定的参考.     

宗渠沟堰塞体漫溢溃决水文条件及溃坝流量预测

根据宗渠沟泥石流和堰塞体发育特征,在对可能溃坝型式、漫溢溃决临界水头、临界条件溃决流速和溃决临界洪峰流量进行分析计算的基础上,预测了不同暴雨频率下发生溃决的可能性;并依据溃坝流量计算结果对洪水和泥石流规模的放大效应进行了评价。这种预测方法对于堰塞坝的安全评价和防灾预警工作具有重要的指导意义。     

干密度及细颗粒含量对滑坡坝溃决影响的试验研究

为研究坝体物质组成对滑坡堰塞坝溃决过程的影响,本文针对不同干密度、细颗粒含量,配制8组不同的坝体材料,开展人工堰塞坝的水槽模型试验,分析模型试验中不同坝体材料的浸润线发展过程、纵向侵蚀过程及溃决破坏特征。结果表明：(1)堰塞坝浸润线发展速率随着干密度减小而增大,随着细颗粒含量减小而增大。(2)干密度较小的坝体其溃决历时明显小于干密度较大的坝体,并且干密度较小的坝体其侵蚀速度明显大于干密度较大的坝体;细颗粒含量较大的坝体侵蚀速度慢,溃决达到稳定时的时间更长。(3)随着干密度减小,堰塞坝抗侵蚀能力减弱,易形成冲沟,冲沟两侧壁越早形成悬空面,溃口处易失稳坍塌,溃决持续时间越短;细颗粒含量越大,砂土堰塞坝面抗侵蚀能力越弱,越易形成冲沟,溃口处易多次失稳坍塌,溃决持续时间越长。研究成果不仅深化对堰塞坝灾害的认识,还为进一步揭示外界诱发因素与堰塞坝的内在响应机制提供依据。     

堰塞坝溃决过程中孔隙水压力变化规律

为研究堰塞坝坝体内部孔隙水压力对坝体的溃决发展过程的影响,本文通过水槽模型试验,在分析堰塞坝溃决过程的基础上,研究了堰塞坝溃决过程中孔隙水压力的变化过程。研究成果表明：①根据溃口演化特征,可将堰塞坝的溃决过程分为三个阶段：坡面侵蚀阶段（Ⅰ）、溯源陡坎侵蚀阶段（Ⅱ）、粗化再平衡阶段（Ⅲ）,其中,阶段Ⅱ发展最为剧烈;②堰塞坝溃决过程中各测点孔隙水压力的变化过程均呈现先增后减的变化趋势,并存在明显的滞后现象;左右两侧的孔隙水压力呈“左小右大”的变化趋势,二者差值随溃口发展速率的加快而增加;上游孔隙水压力较下游明显增大,敏感程度也更高;蓄水期孔压可采用饱和非稳定二维渗流微分方程进行求解,整体变化趋势与实际值相符合,孔压增长速率呈先缓后陡趋势,最大孔压差绝对值为0.09kPa。     

基于模糊层次法和广义熵值法的堰塞坝病险情风险分析

堰塞坝是由地震、降雨等因素诱发的自然灾害而形成的一种坝体结构,其溃坝风险和溃坝后果严重性远高于人工土石坝.为综合评估堰塞坝病险情风险等级,选取堰塞湖规模、堰塞体物质组成、堰塞体高度、集雨面积、降雨量等5个自然属性指标和人口密度、心理恐慌度、经济密度等3个社会属性指标作为堰塞坝病险情评价体系,结合专家意见与实际数据库,通过层次分析法与熵值法对指标进行赋权,并通过组合赋权进行权重校正.对唐家山堰塞坝、红石岩堰塞坝、白格堰塞坝进行风险等级确定,突出了组合赋权的优势.     

唐家山堰塞湖应急除险技术实践

简要介绍了唐家山堰塞湖应急除险工程概况,归纳了堰塞湖有关地形地质、水情等资料的快速获取与应用技术,从形成条件、形成过程等方面对堰塞坝形成机制进行了分析,对堰塞坝做了安全性分析评估,并对溃坝洪水进行了分析计算;概要论述了唐家山堰塞湖应急除险总体方案、开漕引流方案及除险效果。     

基于新样本的滑坡坝溃决洪峰流量预测模型修正与对比

受极端天气（强降雨）及高烈度地震的影响,高山峡谷区常发生滑坡堵江事件,形成具有明显“多漫顶,短寿命”特征的堰塞坝。堰塞坝溃决后,将形成具有强大破坏力的溃决洪水。溃决洪峰流量作为一个重要的水力参数,直接决定了下游灾害的影响程度。本文广泛收集了来自全球具有完整资料记载的67例滑坡坝溃决案例,扩充了已有的滑坡坝数据库,增加了数据样本区间,进而基于新数据库对已有滑坡坝溃决洪峰流量的参数预测模型进行了修正,并采用均方根误差(RMSE)和相关系数(R2)两个度量指标对比分析了各模型的预测效果,最后采用2018年在西藏江达县与四川省白玉县交界处发生的两次（10月10日和11月3日各一次）白格滑坡堰塞坝溃决事件对修正后的模型进行应用并对比。结果表明,修正模型的整体计算效果较修正前均有不同程度的提升,适用范围更广,但大部分模型因选取指标单一,未全面考虑水土耦合作用下复杂溃坝问题中的关键影响因子;经对比,Costa (1985)坝高Hd单参数模型（修正后RMSE和R2分别为61231.95 m3/s、0.0746）的计算自效果较差,建议优先选用Peng M模型（修正后RMSE和R2分别为6070.52 m3/s、0.9909）进行滑坡坝的溃决洪峰流量计算,其它模型可作为参考使用;该结论与白格堰塞湖溃决案例应用对比结果一致。研究成果可为滑坡坝的防灾减灾和应急抢险提供重要的理论依据。     

金沙江河谷——水系演化的崩滑外动力作用研究

在进一步研究金沙江河谷——水系发育的构造——气候机理基础上,认识到:山区深切河谷中普遍存在着大型堰塞现象:在青藏高原东南边缘地区,由于新构造运动强烈和地震频发及大暴雨等,在山高谷深的金沙江河谷中导致大型滑坡、崩塌或其他形式的外动力作用等,阻塞河谷水流,形成河谷堰塞湖,在堰塞体上游河谷形成静水沉积;在一定时间与条件下,堰塞坝溃决,在其下河谷中形成更大更急水流,加速河谷下切速率与深度,导致更大地形高差;新一轮新构造运动强烈和地震及大暴雨等,导致新一轮大型滑坡、崩塌等,形成新一轮河谷堰塞湖……如此多次重复,逐步加快与促进金沙江河谷——水系向现代形态演化,从而构成了金沙江河谷——水系演化的一种外力动力作用。这一认识对进一步研究山区深切河谷——水系形成与演化、工程建设选址评估和进行灾害防治等有普遍的参考价值与意义。     

冰湖溃决模式对下游洪水过程的影响

作为西藏地区冰川灾害之一的冰湖溃决洪水,具有范围广、持续时间长、危害大并经常伴随有泥石流等特点。以西藏年楚河流域的典型危险性冰湖——黄湖及其下游区域为研究对象,经过实地调查,获得了相关的水文气象特性和地形、地貌等特征信息。基于数字高程模型(DEM)的地形数据和矩形网格,采用二维溃坝洪水演进数值模型,进行了模型的率定和不同溃决模式下的洪水演进模拟。结果表明:上游近溃口河道,不同溃决模式对洪峰流量、洪水最大水深和洪水最大流速影响较大;中下游河道,不同溃决模式对其影响相对较小。上游近溃口河道,小溃口工况的洪峰流量大于大溃口工况的洪峰流量,逐渐溃决工况的洪峰流量小于瞬时溃决工况的洪峰流量;中下游河道,小溃口逐渐溃坝的洪峰流量最大。一旦洪水发生,最大淹没面积约为88.30km2,溃决洪水到达江孜的时间约为33h,江孜处的洪峰流量约为1 777m3/s,大于江孜地区暴雨洪水万年一遇洪峰流量1 000m3/s。根据预测结果做好预警工作,能一定程度上减小灾害损失。     

不同经验公式的土石坝溃口流量分析计算

溃坝峰顶流量的计算是溃坝风险分析的基本内容,不同的经验公式涉及不同参数适合于不同的溃决方式.本文以东大滩水库为研究对象,通过调洪演算分析该水库具有遭受超标洪水溃坝的危险,在此基础上,选定四种不同溃口流量的经验公式进行计算,选择出适合于该水库溃口流量的计算公式.     

堰塞湖风险评估研究综述

从堰塞湖的灾害链演化过程出发,基于堰塞湖风险评估概念,围绕堰塞湖危险性评价、溃决过程与洪水演进模拟和溃决损失评估等3个方面,从定性和定量的角度综述了堰塞体稳定性评价方法,对溃坝参数模型、简化数学模型、精细化数学模型以及洪水演进模型进行了对比分析,从生命损失和经济损失两个角度总结了损失计算方法,最后针对堰塞湖风险评估未来在危险性评价中的不确定性问题、溃决洪水模拟的准确性问题、溃决损失评估的定量化方法、风险定量评估体系和风险动态评估体系五个方面进行展望。     

四川5·12地震灾区滑坡堰塞坝溃决灾害风险评估

四川5·12地震造成大量山体崩塌和滑坡,在灾区河流上形成了上百个雍塞体和堰塞湖,其中比较大的有34个,这些不同规模的地震堰塞湖的稳定性和溃决风险成为最严重的地震次生灾害,对于这些堰塞坝的处理需要进行科学地评估.对四川地震堰塞湖的比较研究发现,流域面积很大(大于5000平方公里)的河流,堰塞体很难形成完全堵江的堰塞湖,不用担心堵溃风险;流域面积很小(小于300平方公里)的河流,径流量很小,相对库容较大,暂时不存在溃决风险,甚至可以保留下来加以利用;而对那些中等流域的河流,堰塞湖的相对库容较小,在连续暴雨情况下容易发生漫溢溃决,才是应该关注的重点.     

低涌变电站溃坝洪水发展演进的研究

以东莞低涌变电站为例,讨论100 a一遇洪水时上游发生溃坝的洪水波演进的特性。针对电站所处挂影洲围四周河道环绕的特点,将整个溃坝过程分三阶段模拟。首先利用二维溃坝模型模拟得出溃口流量、洪水流场、溃坝波高及其传播时间等特征;再讨论溃坝波传播并淹没整个挂影洲围的过程;最后应用堰流公式等计算洪水逐渐抬高水位,直至与河道水位齐平过程的水位流量过程线。以此来探讨从堤坝溃决到结束的整个过程中不同阶段的水位、流速和流量变化规律。