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。     

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。     

丹江口水库溃坝洪水分析

根据丹江口水库和汉江下游基本情况以及“最不利、最可能”原则,提供了丹江口水库可能发生溃坝的4种典型方案,并根据这些方案进行丹江口水库溃坝洪水的流量过程分析和洪水演进分析,探讨洪水流量变化及其到达下游重要城镇的时间,为下游的防洪减灾决策提供支持．     

溃坝洪水经济损失评估研究进展

介绍了目前洪水损失评估常用的综合性软件以及学术团体研究开发的专业模型;阐述了溃坝洪水经济损失评估的研究热点,如区域洪灾损失与实时评估问题、动态评估模型等;讨论了支持向量机、模糊理论、人工智能、灰色理论等在洪水经济损失评估中的应用;分析了当前溃坝经济损失评估方法的缺陷与未来发展趋势．     

溃坝生命损失评估模型研究

鉴于溃坝生命损失评估的复杂性,借鉴国内外生命损失评估的相关研究成果,研究溃坝时警报与撤离过程,建立了评估暴露人口数量的警报与撤离模型以及死亡率评估模型;基于我国历史溃坝调查资料,提出以溃坝洪水特征为依据的淹没范围分区思想,建立了淹没区划标准及相应死亡率函数,提出适用于我国的溃坝生命损失评估方法及估算公式。实例应用表明,该方法及估算公式能比较客观地评估我国的溃坝生命损失情况。     

泉水水库溃坝洪水模拟计算

用部分溃坝的波流与堰流相交简化法模拟溃坝最大流量；用Preissmann四点偏心隐式差分对Saint-Venant方程组进行离散，Newton-Raphson方法迭代求解并推求出溃坝洪水演进过程，模拟结果大体上能反映实际情况，成果可为泉水水库及下游防洪调度提供依据。     

二维溃坝波传播的数值模拟

采用附加人工粘性的显式Maccormack格式求解二维浅水方程,并对人工粘性加上开关函数,建立了模拟大坝瞬间局部溃倒所致的洪水演进过程的数学模型。用该模型预测了矩形河道中堤坝瞬间局部溃倒后8 min的洪水演进过程,得出了水面线和流场分布,并对溃坝洪峰到达时间和最大淹没水位的沿程分布作了分析。     

溃坝洪水的二维算子分裂——特征线模拟

根据特征线法的基本原理，推导了一维浅水运动的特征线方程和相容性方程，构造了用于溃坝计算的显格式，模拟了一维矩形断面低坝全溃的洪水波演进过程，并基于算子分裂建立了相应的二维问题特征线数值格式，对瞬间部分溃坝时二维洪水波的演进过程进行了数值模拟。得到的数值模拟结果表明，这种方法精度高，有较强的渍坝涌波捕捉能力，展示了溃坝波的运动特性，为溃坝引起的灾害预测和分析及防灾减灾等工程问题提供一种有效的数值模拟方法。     

基于ENO格式的一维溃坝水流数值模拟

将ENO格式和Runge-Kutta时间离散的思想应用于一维Saint-Venant方程组的求解,数值模拟溃坝洪水,得出了水位和流速的沿程分布.经与理论解比较可知,数值解在间断渡附近没有出现数值振荡,水位和流速大小与理论解均吻合较好,表明采用ENO格式所建立的高分辨率模型能够很好地模拟溃坝波的演进过程.     

二维溃坝洪水波演进的数值模拟及动态显示

采用基于MacCormack预测—校正技术的隐式数值格式求解控制水流运动的二维浅水方程，建立了模拟大坝瞬间全溃或局部溃倒所致的洪水演进过程的数学模型；应用该模型对矩形明渠中缓、急流过渡的水面曲线进行了数值计算，并与理论解进行了比较；最后用该模型预测了矩形河道中大坝瞬间局部溃倒的洪水演进过程，并对模拟结果进行了定性分析。比较与分析结果表明，该模型对模拟溃坝洪水波很有效。     

WC-CMPS法对溃坝溢流问题的数值模拟

无网格粒子法(拉格朗日法)是计算流体力学领域最新一代的计算方法,由于不需要生成网格,无网格粒子法能够模拟任意形状的界面及其变形和碎裂,尤其适用于计算如溃坝溢流及波浪破碎等具有复杂自由表面运动的流体力学问题。其中,光滑粒子流体动力学方法(SPH)和移动粒子半隐式法(MPS)是无网格计算方法的典型代表。本文采用基于MPS法的修正弱可压缩移动粒子半隐式(Weakly Compressible Corrected Moving Particle Semi-implicit Method)法构建了用于求解自由表面流问题的数值计算模型,并用于模拟干床面与湿床面上的溃坝溢流问题。计算结果与实验结果的对比分析表明,采用基于WC-CMPS无网格法建立的数值计算模型对干、湿床面上溃坝溢流的溢流形态、水柱高度以及波前速度等均给出了良好的计算结果。     

计算溃坝波问题的离散速度模型

采用离散速度模型计算二维溃坝波问题. 按照浅水波方 程与气体动力学方程的比拟关系, 给出用于计算浅水波方程的离散速度方法. 计算了两个二维溃坝波问题： 圆形溃坝波问题和部分水坝倒塌后的水流问题. 计算结果显示, 此模型计算程序比较简单、 有效, 且稳定.     

溃坝问题数学模型研究

本文研究溃坝问题的数学模型,探讨了有限差分法和谱方法用于计算,提出了改进意见,数值模拟表明结果是令人满意和符合物理特性的。     

复杂地形上坝堤溃决洪水演进的非结构有限体积模型

针对复杂地形上坝堤溃决洪水演进的二维数值模拟,综合考虑底坡项、摩阻项和干湿界面对水流的影响,基于浅水二维水动力学理论建立了非结构有限体积模型.围绕传统底坡项处理技术应用于复杂地形时的不足,通过计算底坡项对物质通量和动量通量的影响,并进行相应的分解,提出了集成底坡项的近似Riemann求解器.分析并采用改进的隐式格式解决了摩阻项可能引起的刚性问题.通过求解干湿单元界面处"镜像湿单元"Riemann问题,结合变量重构技术,有效处理了动边界问题.算例研究结果表明,模型稳定健全,和谐性好,具有较好的推广应用价值.     

尾矿坝漫顶溃坝事故树分析

根据汛期尾矿坝溃坝的一些典型事例,概括出了导致尾矿坝漫顶溃坝的基本事件.应用事故树分析中的最小割集、最小径集及结构重要度,对尾矿坝漫顶溃坝事故进行了研究.结果表明:导致尾矿坝漫顶溃坝的最小割集合有54个,说明尾矿坝漫顶溃坝容易发生;防止尾矿坝漫顶溃坝的最小径集合有4个;通过计算基本事件的结构重要度表明,存在坝体隐患、坝体设计不当、坝体施工差、未作日常维护、地质条件差等都是控制尾矿坝漫顶溃坝事故发生的关键.     

尾矿坝溃坝生命损失风险控制

从尾矿坝溃坝概率计算、溃坝砂流下游演进模拟、溃坝事故造成的伤亡人数估算、溃坝生命损失可接受风险标准的制定及降低风险的最优安全投入几个方面全面系统地对尾矿坝溃坝生命损失风险控制进行了研究.建立了尾矿坝坡失稳破坏的功能函数及我国尾矿坝溃坝个人生命损失可接受风险标准.以某一尾矿坝为例,进行了实例分析.通过对挽救生命损失的最佳安全投入进行计算,得到最优安全投入为390万人民币,并对比美国和我国现行的工伤死亡赔偿标准,建议我国相关部门提高工伤死亡赔偿标准.     

二维溃坝问题的高分辨率数值模拟

对二维浅水方程空间方向的差分分裂,引入ＭＵＳＣＬ型的两参数限量函数,采用组合型的二阶ＴＶＤ格式,建立了浅水方程的高分辨率计算模型．以Ｆｒａｃｃｒｏｌｌｏ 等的部分溃坝实验模型为物理模型,模拟了该模型长历时的溃坝洪水演进过程,给出了典型位置的水位和速度计算并与其实验结果的比较．研究表明,在间断波附近,没有产生数值振荡,数值结果与实验数据相比除溃坝初期在口门附近的水位存在一定的差异外,其余位置和时刻吻合较好,特别是计算速度与实验测定值吻合更好．应用二维浅水方程和本文的高分辨率数值方法能有效地模拟溃坝波的演进过程．     

张峰水库大坝坝体结构设计

张峰水库是一个集饮水、发电、防洪于一体的综合型水库,初步设计经过综合比较后,推荐采用粘土斜心墙堆石坝的坝体型式。根据所选用的坝型,按照规范要求,经过合理计算,对坝体结构进行全面设计,包括坝顶高程确定、坝顶结构、坝坡设计、防渗体设计、反滤料和过渡料设计等。