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1、精选优质文档-倾情为你奉上 堤坝溃决洪水演进的理论分析摘要：崩滑堵江事件在世界范围内，尤其在山区广泛存在。每年因为类似事件的发生都会至少造成数以千万计人的生命财产受到不同程度的威胁及伤害，崩滑堵江事件及其灾害链已严重影响人类的工程经济活动。因此对于堤坝溃决洪水的演进分析便显得尤为紧迫。本文对洪水演进进行了理论分析，得出了相关结论，为日后的工程实际活动很好地提供了理论指导。关键词：堤坝溃决；洪水演进；理论分析 Theoretical analysis of flood routing after dam break The natural damming of rivers by landsli
2、des is a significant hazard in many areas. Landslide damming is particularity common in mountainous regions.Every year,related events have caused at least tens of millions of peoples life and property being threatened and damaged.Debris blocking river events and disasters chain has serious impact on
3、 human engineering activity.So its necessary to carry on theoretical analysis of flood routing after dam break.This paper has worked on the theoretical analysis,related conclusions have been drawn,which could well provide a theoretical guidance on further engineering practical activity.Key words: da
4、m break;flood routing;theoretical analysis1. 研究目的与意义 崩滑堵江形成的天然堵江(堆石)坝高几米至几百米,其最大坝高比目前世界上已建、在建或拟建的人工土石坝均高;堰塞湖体积从几十万方至上百亿方,大者足以与人工水库相媲美;存在时间由几十分钟至上千年;溃坝后形成的洪水异常凶猛,洪峰高几米至几十米,演进过程中造成严重灾害6。因此, 认识掌握堤坝溃决机理并对堤坝溃决过程进行模拟, 对于建立堤坝溃决的早期预警体系、人员紧急疏散预案和基于风险的堤坝设计方法等都具有重要意义.对于洪水演进进程作理论研究与分析，旨在了解整个发生过程，为实际发生的工程事件提供理论支
5、撑。2. 国内外研究动态洪水演进模拟是指模拟洪水冲出大坝后在下游区域的流动过程,目的是获得洪水淹没区域及各处的流量、水位、流速、波前和洪峰到达时间等。国外溃坝洪水计算主要有BEED模型,美国国家气象局的DAMBRK模型、BREACH模型、FLD-WAV模型,丹麦水科学研究所的MIKE11模型以及荷兰的DELFT-3D模型等。国内系统研究溃坝数值模型始于20世纪70年代,其中一维模型的研究成果较多,平面二维数值溃坝洪水计算成果相对较少,且多为较理想的边界情况9。目前专门针对堰塞坝开展的溃坝研究还比较少见,大多是与人工土石坝的溃坝、水利工程土坝溃坝研究相结合,或借用人工土石坝溃坝模拟的研究成果。国
6、内外学者对灾难性溃坝洪水做了大量的试验研究,对洪水的演变进行了一系列的模型试验,有的研究者还进行了野外试验,前人的这些工作使溃坝洪水的研究有了很大进步。Costa等人统计了73处堰塞湖的溃决,发现溃决的主要方式为溢流,而管涌和边坡失稳引起的溃决只占很小比重。许强等人统计了汶川地震后有一定规模和代表性的32处溃决堰塞湖,发现84.4%的堰塞湖溃决属于漫顶溃决。但目前国内外针对地震堰塞湖漫顶溃决洪水演进的研究相对比较缺乏,所以在这一领域还需开展大量的研究3。3. 研究内容与方法 关于溃决洪水演进的理论分析主要包括溃决洪水峰顶流量计算、溃决洪水洪峰演进过程计算等。3.1溃决洪水峰顶流量计算 溃洪水峰
7、顶流量计算是最受关注和研究最早的课题之一。其大小与溃坝前上、下游水深和坝址断面形状及尺寸有关,而其计算方法则取决于溃坝形式:瞬间全部溃决、瞬间部分溃决和逐渐溃决6。3.2溃决洪水洪峰演进过程计算溃决洪水洪峰高度演进是决定灾害程度的直接因素。溃决洪水过程线与溃坝形式、最大流量、入湖(库)流量、下游水位等有关,至今无统一推求方法。采用水量平衡原理分析出的概化过程线，作为近似的溃坝洪水过程线6。4. 计算过程4.1溃决洪水峰顶流量计算4.1.1瞬间全部溃决情况 图1 河道断面示意图如图1所示，为河道断面示意图。为了使各种河谷断面的不同出流情况都能适用,在分析了坝址处溃坝后初瞬水流流态的基础上,假定河
8、道底坡水平,忽略阻力影响,并近似认为溃坝前上下游流速为零。利用特征线法,联解动力方程和连续方程,可得初溃水流的特征如下6。4.1.2瞬间部分溃决情况 图2 堵江坝局部溃决形式示意图 同样假设平底、无阻力河道外,还假定坝轴线垂直于流向、溃口顶部近水平、坝前水体静止,堰塞湖水面高程在负波通过后即维持不变。根据波能量变化与外力的关系,可得出局部溃决时的峰顶流量公式6: 4.2溃决洪水洪峰演进过程计算 图3 溃坝洪水过程线 理论分析表明,坝体突然溃决后,溃坝洪水向下游传递的流态可分为上游静水区、过渡区、涌波区和下游静水区。一般采用不恒定流计算方法进行洪流演进计算,经检验可采用以下公式计算下游距坝址某处
9、的洪峰高度Hmx6: （1）其中, Hmx为距坝址x处洪峰高度,m ; H10为溃坝最大水深, m ; A为河谷断面系数; i0为河床比降; W为堰塞湖库容,m3; x为下游距坝址距离,m。5. 结论与讨论通过上述的讨论与计算，初步得到了溃决洪水峰顶流量以及溃决洪水洪峰演进过程的计算公式。不过，毕竟只是通过假设以及理论分析得出的公式，至于在实际问题中的作用效果，还有待进一步验证。可以肯定的一点是，溃坝洪水洪峰演进计算公式(1)既适用于瞬间全溃,也适用于瞬间部分溃决。因此,该公式在溃坝洪水灾害预测方面有广阔的应用意义。参考文献1朱勇辉，廖鸿志，吴中如.土坝溃决模型及其发展.水力发电学报，2003
10、.2陈生水，钟启明，陶建基.土石坝溃决模拟及水流计算研究进展.水科学进展，2008,11:19（6）.3胡桂胜，陈宁生，邓明枫.茂县宗渠堰塞湖漫顶溃决洪水演进规律模型试验研究.水土保持研究，2011.4朱勇辉，Visser P J,Vrijling J K,王光谦.堤坝溃决试验研究.中国科学：技术科学，2011.5赵健我国泥石流防治措施研究J中国水利，2007:14.6晏鄂川，郑万模，唐辉明，刘汉超.滑坡堵江坝溃决洪水及其演进的理论分析.水文地质工程地质，2001.7刘宁，张建新，林伟，陈五一，陈祖煜.汶川地震唐家山堰塞引流除险工程及溃坝洪水演进过程.中国科学E辑：技术科学，2009.8张细兵
11、，卢金友，范北林朱永辉.唐家山堰塞湖溃坝洪水演进及下泄过程.人民长江，2008,11.9塔娜，王志军.溃坝及洪水演进数值模拟研究.黑龙江水专学报，2008,12.10贺治国,吴钢锋,王振宇,刘国华,鲍鑫,冯威.台风暴雨影响区域的溃坝洪水演进数值计算.浙江大学学报 (工学版),2010.11宋利祥,周建中, 郭俊,刘懿,王玉春,毕胜.复杂地形上坝堤溃决洪水演进的非结构有限体积模型.应用基础与工程科学学报,2012,2.12贺治国,WU Weiming.考虑水沙相互作用的河堤溃决二维数值模型.水动力学研究与进展，2010,3.13韩爱果,韩坤立,刘汉超,柴贺军.人工坝溃决洪水峰顶流量计算公式应用于
12、滑坡堵江坝的可行性探讨.水土保持研究，2007,12.14任强,陈生水,钟启明,曹伟.堰塞坝的形成机理与溃决风险.水利水电科技进展,2011,10.15牛志攀,许唯临,张建民,李进,岳超.堰塞湖冲刷及溃决试验研究.四川大学学报(工程科学版),2009,5.16任洪玉，赵健等.长江上游滑坡泥石流灾害现状与预警系统.水土保持研究.2009.本课程学习的个人体会与总结 学习高等工程地质学这一课程已有十数周时间，因为有本科学习过该课程的相关经历，当再次拾起来学习时，就有一种亲切的感觉，尤其是关于滑坡灾害知识的相关介绍。当老师将他去云南收获的成果进行展示时，我对滑坡堰塞坝及溃决方面的知识有了更加深刻的了
13、解。与本科枯燥的老师板书、同学听讲记录的教学模式相比，到了研究生阶段，这课程的学习形式，变得更加灵活多样。在课程学习的期间，老师给了我们每人展示的机会。每人上台演讲自己做的与工程地质相关的演讲汇报。我觉得，通过这样的方式，不仅使我们对所掌握的知识有了更深的理解，同时还锻炼了我们的语言组织能力以及表达水平。所以，我建议这样的形式在日后应更多的展开。同样，在课程学习的中段，老师请来了中科院的老师来为我们作研究报告，使我们对当前最新最前沿的工程地质领域的发展有了了解。不得不说，通过聆听与学习，才发觉自己还是与科学的前沿的巨大差距。这也提醒自己要利用空余时间，多读书，多去关注自己专业领域新近发生的事件
14、，科研水平发展的最新动态，不断丰富与开拓自己的视野。最后，想说说这篇读书报告。我阅读的是老师给的第二篇关于大坝溃决与洪水演进的文章。在阅读过程中，遇到自己不懂的地方，我便下载来大量相关文献来阅读，慢慢对堤坝溃决洪水演进的相关知识有了一个整体了解。显然，读书报告不是为了读而去阅读，在做读书报告的过程中，更重要的是我掌握了学习一个自己不熟悉的领域时，应该采取的方法和措施。在阅读中，学会了细细体会别人文章的分析方法，看到了别人理论中的闪光点，一点一点地把这些知识消化吸收，成为自己的理论武装。作为一个研究生，告别了本科阶段的被动学习的方式，开始要学会自己进行独立思考，不要一遇到困难就想找人帮助，尝试着自己去收集相关知识，看能否进行独立解决。同时，开始不断问自己为什么，并在这个过程中，不断有自己的创新，这才是自己现在最应该去学习与做到的。总之，通过这一课程的学习，我收获了的不仅是知识，更重要的是学习方法。相信这些方法，一定会在我日后的科研工作中提供指导，对我日后的进步是大有裨益的。专心-专注-专业