梯級土石壩連潰數(shù)值模擬.pdf

1、潰壩具有低概率和高風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)，大壩一旦發(fā)生潰決事故，將會(huì)對下游地區(qū)造成極大的破壞，導(dǎo)致巨大的人員傷亡和社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失。土石壩作為當(dāng)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(jìn)行模擬研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。針對梯級水庫群，研究土石壩潰決機(jī)理，

2、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(fēng)險(xiǎn)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(jìn)計(jì)算和調(diào)洪演算分析，建立梯級水庫土石壩連潰數(shù)值計(jì)算模型，其主要研究內(nèi)容及研究成果如下：
　?。?）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(xué)模型?？偨Y(jié)分析了現(xiàn)有的潰壩模型的特點(diǎn)，選取了五種潰壩機(jī)理模型和一

3、種參數(shù)模型：Mike11 DB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(jì)算，重點(diǎn)分析比較了各個(gè)模型的計(jì)算準(zhǔn)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(jī)理，充分考慮了壩體幾何參數(shù)、材料性質(zhì)、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(jì)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(yù)測計(jì)算更有實(shí)際意義，具有較大的應(yīng)用

4、價(jià)值，因此選取DB-IWHR模型作為土石壩潰決計(jì)算模型。
　　（2）建立了潰壩洪水下游演進(jìn)模型。研究了潰壩洪水一維數(shù)值計(jì)算方法，基于Preissmann四點(diǎn)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(jì)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(yùn)用非恒定流演進(jìn)程序計(jì)算唐家山潰壩洪水的下游演進(jìn)過程，與Mike11軟件的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比，證明了潰壩洪水演進(jìn)模型的準(zhǔn)確性和可靠性。以唐家山堰塞

5、壩應(yīng)急處置為例，應(yīng)用潰壩洪水演進(jìn)程序，對遭遇不同重現(xiàn)期洪水的情況，進(jìn)行下游風(fēng)險(xiǎn)分析。
　?。?）構(gòu)建了梯級土石壩連潰數(shù)學(xué)模型。基于四階龍格-庫塔法建立了水庫調(diào)洪演算模型，計(jì)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(jì)算下游潰壩過程，在單庫潰壩模型的基礎(chǔ)上，耦合洪水演進(jìn)和調(diào)洪演算過程，建立了梯級水庫土石壩連潰數(shù)學(xué)模型。以唐家山-達(dá)里梯級水庫為例，進(jìn)行了梯級土石壩連潰模擬計(jì)算，研究了下