【摘要】：潰壩具有低概率和高風險的特點,大壩一旦發(fā)生潰決事故,將會對下游地區(qū)造成極大的破壞,導致巨大的人員傷亡和社會經(jīng)濟損失。土石壩作為當前主要壩型,占各類壩型的95%,而國內(nèi)發(fā)生潰決事故的大壩中,土石壩占到了98%。目前我國已規(guī)劃13大水電基地共包括310座大中型梯級水庫,流域內(nèi)壩型多為土石壩和面板壩,超高大壩分布集中。考慮到目前我國梯級水庫大壩的發(fā)展情況,對梯級土石壩連續(xù)潰決進行模擬研究具有重要的現(xiàn)實意義。針對梯級水庫群,研究土石壩潰決機理,基于上游大壩的潰壩過程以及潰壩洪水對下游水庫的影響,建立梯級土石壩連潰數(shù)值模型,對于大壩潰決風險分析、庫區(qū)防洪調(diào)度、梯級流域安全防控及水庫群工程等級確定具有重要的意義。本文旨在基于單庫潰壩模型的研究,耦合洪水演進計算和調(diào)洪演算分析,建立梯級水庫土石壩連潰數(shù)值計算模型,其主要研究內(nèi)容及研究成果如下:(1)根據(jù)土石壩潰壩模型對比分析,確定了土石壩潰壩數(shù)學模型�？偨Y分析了現(xiàn)有的潰壩模型的特點,選取了五種潰壩機理模型和一種參數(shù)模型:Mike11DB模型、HEC-RAS模型、BREACH模型、DAMBRK模型、DB-IWHR模型以及堰塞壩潰決快速評估模型,通過典型潰壩案例的模擬計算,重點分析比較了各個模型的計算準確性和參數(shù)敏感性。對比分析發(fā)現(xiàn),DB-IWHR模型深入研究了潰壩機理,充分考慮了壩體幾何參數(shù)、材料性質、潰口初始條件等參數(shù)的影響,解決了現(xiàn)有潰壩模型不能自主計算潰口發(fā)展和所需已知參數(shù)過多的問題,對于大壩潰決的預測計算更有實際意義,具有較大的應用價值,因此選取DB-IWHR模型作為土石壩潰決計算模型。(2)建立了潰壩洪水下游演進模型。研究了潰壩洪水一維數(shù)值計算方法,基于Preissmann四點隱式差分格式求解圣維南方程組的理論,編制了明渠一維非恒定流計算程序。通過不同算例表明,該程序適用于不同邊界條件下的明渠漸變流和急變流。運用非恒定流演進程序計算唐家山潰壩洪水的下游演進過程,與Mike 11軟件的計算結果進行對比,證明了潰壩洪水演進模型的準確性和可靠性。以唐家山堰塞壩應急處置為例,應用潰壩洪水演進程序,對遭遇不同重現(xiàn)期洪水的情況,進行下游風險分析。(3)構建了梯級土石壩連潰數(shù)學模型�；谒碾A龍格-庫塔法建立了水庫調(diào)洪演算模型,計算下游水庫水位的變化過程線,判斷上游潰壩洪水是否引起下游梯級大壩連潰,根據(jù)DB-IWHR模型計算下游潰壩過程,在單庫潰壩模型的基礎上,耦合洪水演進和調(diào)洪演算過程,建立了梯級水庫土石壩連潰數(shù)學模型。以唐家山-達里梯級水庫為例,進行了梯級土石壩連潰模擬計算,研究了下游水庫有預警和不同泄流能力等工況下的連潰情況。結果表明,下游梯級水庫可以采取增設非常泄洪設施和提前預警全閘泄水等措施,通過調(diào)洪容錯保證大壩不發(fā)生潰壩,避免梯級水庫大壩的連續(xù)潰決。
[Abstract]:Dam break has the characteristics of low probability and high risk. Once the dam collapses, it will cause great damage to the downstream area, leading to huge casualties and social and economic losses. As the main dam type, earth rock dam accounts for 95% of all types of dam, and the earth rock dam accounts for 98%. in China. The 13 large and medium-sized hydropower bases include 310 large and medium-sized cascade reservoirs. The dam type in the basin is mostly earth rock dam and panel dam, and the super high dam is distributed centrally. Considering the current development of the cascade reservoir dams in China, it is of great significance to simulate the continuous collapse of the cascade earth rock dams. The mechanism, based on the dam break process of the upstream dam and the influence of the dam break flood on the downstream reservoir, the establishment of the cascade dam collapse numerical model is of great significance for the analysis of the risk of dam break, the flood control scheduling in the reservoir area, the safety control of the cascade basins and the determination of the grade of the reservoir group. Coupled flood evolution calculation and flood regulation analysis, the numerical model of cascade reservoir rockfill dam collapse is established. The main research contents and research results are as follows: (1) according to the comparison and analysis of the dam break model of earth rock dam, the mathematical model of earth dam dam break is determined. The characteristics of the existing dam break model are summarized and analyzed, and five kinds of dam break mechanism models are selected. The model and one parameter model: Mike11DB model, HEC-RAS model, BREACH model, DAMBRK model, DB-IWHR model and fast evaluation model of dam break dam. Through the simulation calculation of typical dam break cases, the calculation accuracy and parameter sensitivity of each model are analyzed and compared, and the comparison analysis shows that the DB-IWHR model has deeply studied the dam break machine. According to the influence of the parameters such as the geometric parameters of the dam, the properties of the material and the initial conditions of the ulceration, the problem that the existing dam failure model can not independently calculate the development of the ulceration and the required parameters is too much. It is of more practical significance for the prediction calculation of the dam break, and is of great application value. Therefore, the DB-IWHR model is selected as the earth rock. The calculation model of dam break is established. (2) a downstream evolution model of dam break flood is established. One dimension numerical calculation method for dam break flood is studied. Based on the theory of Preissmann four point implicit difference scheme, a one-dimensional unsteady flow calculation program for open channel is developed. The program is applied to different boundary conditions by different calculation examples. An unsteady flow evolution process is used to calculate the downstream evolution process of the dam break flood in the Tang Jiashan mountain. Compared with the calculation results of the Mike 11 software, the accuracy and reliability of the dam break flood evolution model are proved. In the current flood situation, the downstream risk analysis is carried out. (3) a cascade dam collapse mathematical model is constructed. Based on the four order Runge Kutta method, the reservoir flood calculation model is established to calculate the change process line of the water level of the downstream reservoir, to determine whether the upstream dam break flood causes the cascade cascade dam collapse in the downstream, and the downstream dam break through the DB-IWHR model is calculated. On the basis of single reservoir dam break model, coupled flood evolution and flood diversion and calculation process, a mathematical model of cascade reservoir rockfill dam collapse is established. Taking the Tang Jiashan Dali cascade reservoir as an example, the simulation calculation of cascade rockfill dam collapse is carried out, and the failure of the downstream reservoir with early warning and different discharge capacity is studied. The downstream cascade reservoirs can adopt additional flood discharge facilities and early warning full sluice discharge, so as to ensure that the dam does not break dam through Diao Hongrong error and avoid the continuous collapse of the cascade reservoir.
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TV122.4

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本文編號：2174622