【摘要】：水庫大壩是調(diào)控水資源時空分布、優(yōu)化水資源配置、防洪減災等最重要的工程措施。近年來,梯級開發(fā)模式已逐漸成為河流流域工程建設(shè)的主導方式,更加充分、合理的利用了我國豐富的水資源,滿足了日益發(fā)展的生產(chǎn)生活需要。但是我們必須深刻的認識事情的兩面性,梯級水庫大壩帶來巨大利益的同時,其更高的潰決風險及潰決洪水可能造成的損失也是不可估量的。潰壩洪水問題同時涉及水力學、土力學、泥沙動力學和邊坡穩(wěn)定性分析等多個學科,潰決水流具有強非線性、非恒定性等特性。自上個世紀以來,各國學者已經(jīng)對潰壩洪水問題開展了大量的研究,然而目前對于梯級土石壩潰壩的研究還比較少,尚未系統(tǒng)展開。因此,在單一土石壩潰決研究的基礎(chǔ)上,深入研究梯級土石壩和堰塞體的潰決過程,建立能合理預測其潰決洪水和致災后果的方法,為梯級土石壩的設(shè)計計算和安全防控提供技術(shù)支持,對提高堰塞體潰壩的應急管理水平,避免潰決洪水災害具有重大意義。本文的主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)收集了已經(jīng)發(fā)生的一般土石壩、淤地壩和堰塞壩的梯級連潰案例,分析了梯級土石壩在流域內(nèi)的潰決特征;結(jié)合大圓筒沖刷試驗,得到了不同壩體材料的抗沖刷性能,為梯級潰壩洪水計算提供了基礎(chǔ)參數(shù)。(2)單一土石壩潰決分析是梯級土石壩潰決計算的基礎(chǔ)。詳細分析介紹了DB-IWHR潰壩洪水模型的計算原理和方法,包括總體水量平衡計算、基于雙曲線模型的壩體材料沖刷計算和潰口邊坡的圓弧形不穩(wěn)定分析計算,在此基礎(chǔ)上進一步提出了考慮了上游極端洪水、壩體縱向發(fā)展以及壩基侵蝕對潰決洪水的影響。(3)收集板橋潰壩的基礎(chǔ)資料,成功反演了其潰決過程,對計算模型中所使用的水動力學參數(shù)進行特性分析,得到對計算結(jié)果敏感性影響最大的參數(shù)為雙曲線沖刷模型系數(shù)b與跌落系數(shù)m;結(jié)合Monte Carlo統(tǒng)計試驗法,采用優(yōu)化的GF偏差抽樣,考慮參數(shù)b和m的可能合理取值區(qū)間,提出了一種潰決洪水的不確定性分析方法。(4)詳細介紹了潰決洪水演進模型DBFL-IWHR的計算原理和方法,并采用唐家山堰塞湖潰決洪水數(shù)據(jù)驗證了模型的準確性和穩(wěn)定性。在DB-IWHR模型和DBFL-IWHR模型基礎(chǔ)上,結(jié)合洪水調(diào)洪計算方法,建立了梯級土石壩連續(xù)潰決計算模型DBC-IWHR模型,可用于河道內(nèi)梯級土石壩的潰決洪水計算和風險分析。(5)全面搜集介紹了汶川地震中形成的小崗劍上-小崗劍下-一把刀梯級堰塞湖的基本情況,包括堰塞體的結(jié)構(gòu)特征、地質(zhì)構(gòu)造特征、水文資料、應急除險方案及爆破泄流過程等,根據(jù)國內(nèi)外風險分析方法確定了梯級堰塞湖的風險等級,通過多次實地考察和現(xiàn)場取樣獲得了小崗劍梯級堰塞湖的潰決流量過程線,利用三維激光掃描技術(shù)獲取小崗劍上和一把刀堰塞體潰決后的地形資料。此案例是國內(nèi)外第一個具有詳細數(shù)據(jù)資料的梯級堰塞湖潰決實例。(6)使用本文建立的梯級連續(xù)潰決計算模型對小崗劍梯級的潰決過程進行反演計算,并在此基礎(chǔ)上進一步分析了梯級連潰洪水的疊加效應,爆破形成泄流槽的泄流效果和疊加洪水重現(xiàn)期時的計算結(jié)果,計算結(jié)果可以為緊急情況下應急管理的梯級聯(lián)合調(diào)度方案提供依據(jù),同時論證了該模型在梯級土石壩風險分析和設(shè)計計算方面的可行性。
【學位授予單位】：中國水利水電科學研究院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TV122.4;P642.2
【圖文】：

中國水利水電科學研究院學位論文逡逑圖１－２唐家山梯級堰塞體分布圖Ｍ邐圖１－３魯?shù)樘菁壯呷w分布圖Ｍ逡逑土石壩潰決可能是偶然發(fā)生的，如結(jié)構(gòu)老化、極端暴雨、地震、滑坡等，也可能逡逑是人為造成的，如爆破，設(shè)計問題，管理不當?shù)龋郏保叮荨H大壩委員會總結(jié)了在國內(nèi)外逡逑潰壩案例的基礎(chǔ)上，總結(jié)了土石壩潰壩的原因，結(jié)果顯示３４％的土石壩是由于漫頂潰逡逑決造成的。我國水利部安全管理中心總結(jié)了邋１９５４到２００６年以來我國土石壩潰決情況，逡逑其中漫頂潰決是最為主要的原因，比例高達５１％％。由此看出，由極值洪水或暴雨導逡逑致的洪水漫頂是水庫潰決的最主要形式。在一個流域的梯級式建設(shè)中，梯級土石壩的逡逑風險分析是規(guī)劃階段的基礎(chǔ)工作，而各單元水庫和整體梯級的潰決流量計算是風險分逡逑析的重要組成部分。因此

我國自１９６２年開始全面著力潰規(guī)事件的調(diào)查工作，先后開展了邋３次全面的逡逑調(diào)查分析，將土石壩潰決的原因歸納為５類：洪水漫頂、設(shè)計、施工質(zhì)量差、運行管逡逑理不善、其他和原因不詳［１６】，具體占比如圖２－１所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，漫頂潰決仍逡逑是土石壩潰決的最主要原因，占比例高達５１％。逡逑隨著流域梯級建設(shè)的不斷發(fā)展，梯級土石壩的規(guī)模不斷擴大。相比于單一的土石逡逑壩，梯級土石壩的規(guī)模更加宏大，地質(zhì)環(huán)境更為復雜，風險災害也更為嚴重。當上游逡逑梯級發(fā)生險情時，將影響下游水庫的安全，進而對整個梯級系統(tǒng)帶來威脅。表２－１列逡逑出了國內(nèi)外有文獻記錄的幾則流域梯級土石壩潰決案例，例如河南“７５．８”暴雨中，上逡逑游袁門水庫和石漫灘水庫潰壩后，形成垮壩流量達３００００邋ｍ３／ｓ的大洪水，洪水演進至逡逑下游后首先沖垮下游田崗大壩，匯入小洪河后注入楊莊水庫，經(jīng)滯洪后最終導致楊莊逡逑大壩潰決

從表２－２的統(tǒng)計結(jié)果可以看出，黃土高原地區(qū)每當雨季，淤地壩漫頂潰決屢有發(fā)逡逑生，且壩系內(nèi)淤地壩損毀十分嚴重，甚至個別壩系損毀比例高達９０％以上，直接影響逡逑當?shù)厝嗣裾Ｉa(chǎn)生活。圖２－２和圖２－３分析了山西西埝溝、王家溝和陜西省韭園溝、逡逑碾莊溝四個溝道共４８座潰決淤地壩的具體情況，其中，圖２－２為潰決淤地壩壩高的分逡逑布情況，圖２－３分析這４８座淤地壩的壽命，從圖中可以發(fā)現(xiàn)潰決淤地壩主要集中在５＿逡逑１５ｍ的小型淤地壩，２０－３０年的淤地壩損失最為嚴重，隨著壽命的增加，潰決數(shù)量增加。逡逑結(jié)合上述統(tǒng)計分析，流域梯級淤地壩的高潰決率一方面與淤地壩淤地造田的工程逡逑性質(zhì)有關(guān)，多數(shù)淤地壩庫容小，以淤地造田為主，并不具備防洪功能，隨著筑壩時間逡逑增加，庫容不斷減少，暴雨來臨時即無規(guī)范溢洪道排水，又無充足庫容排水，最終導逡逑致漫頂潰決；另一方面淤地壩的筑壩工藝和獨特筑壩材料黃土的沖刷特性也是造成這逡逑一現(xiàn)象的直接原因。上述分析結(jié)果表明，建立淤地壩壩系洪水標準和風險管理方法是逡逑亟待解決的問題

【參考文獻】

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1 鐘啟明;陳生水;鄧f

本文編號：2789244