梯级水库溃坝洪水对下游城市的淹没过程分析

发布时间：2019-08-26 15:26

【摘要】：溃坝洪水的演进过程及其对下游城市的淹没影响是大坝安全的重要研究内容之一。以我国南方某山区河流为例,采用数值计算方法,针对该流域上并(串)联的4座水库在多种溃坝模式下,对下游城市的淹没过程进行了计算和讨论分析。研究结果表明:溃坝洪水在下游城市的淹没速度和最大淹没面积主要与最大溃坝流量相关,即与溃坝水头和溃口大小相关;最大淹没面积的达到时间主要与城市与水库间的行洪距离有关。梯级水库发生连溃时,溃坝洪水对下游城市的淹没速度和淹没面积都较单个水库溃坝更加严重,不过连溃洪水在下游城市呈现淹没快、退水也快的特征。城市洪水的淹没历时主要与溃坝水库的容积相关,与最大溃坝流量的关系不大。
【图文】：

87．5m，总库容26．32亿m3;ES河上游建有1座F水库，该水库大坝高76m，总库容4．91亿m3。ES河在F水库上游又分为2条支流，分别建有2座水库———M水库和B水库，M水库大坝高82m，总库容3．37亿m3;B水库大坝高104m，总库容4．60亿m3;M水库和B水库与F水库的坝址距离均约为25km。整个流域主要分布有2座城市，其中L市位于ES河和WS河2支流汇合区域下游约17km处，距上游X水库约58km，距上游F水库约66km;H市距上游的F水库约17km。L市区内相对于附近河段水面的平均相对高程约20m，且部分区域相对高程不足10m(图1(b))，上游任何一个水库溃决都有可能对其造成淹没。H城市内大部分区域相对附近河段水面高程不足15m(图1(c))。若F水库及上游的M和B两座水库坝体溃决，显然会对H市产生严重影响，另一方面，，虽然X水库位于H市下游，其溃坝后产生的巨大流量仍然可能通过WS和ES的交汇口倒灌进入WS河上游，造成H市的淹没。图1研究区域概况及测点分布Fig．1Overviewofthestudyareaandthedistributionofobservationsites3数学模型构建3．1模型范围及主要边界条件为对S河上4个水库溃决后对下游城市的淹没范围进行模拟计算，本研究中采用平面二维水动力学数学模型MIKE21FM，模型中的无结构三角形网格可更好地拟合地形。模型范围见图1(a)所示，考虑溃坝洪水可能对河道周围产生淹没，因此模型范围大于原河道范围，特别是在H市和L市及其附近区域，所有可能被淹没的区域尽可能被包含在计算范围之中。模型中网格分辨率在40～100m之间，三角形网格最小允许角度41°，相邻三角形面积比最小允许值为0．7。模型中河道水深数据来自实测资料，陆上地形高程来自美国航天飞机雷达地形测绘数据［12－13］，并由当地河道水面高程进行了矫正处

其中一个)为准，作为起始时间。即在工况3，6，7，10中，M水库和B水库是同时溃决的，且以两者溃决时间为初始时刻;其余工况中以M水库或B水库溃决时间为初始时刻。表1中边界条件信息中，上标表示水库，如QMm和tMe分别表示M水库的最大溃坝流量和水库泄空时间。各个水库的最大溃坝流量和水库泄空时间分别采用式(1)和式(2)计算。3．3模型验证由于所研究的4个坝体从未发生溃决，因此模型的验证采用水库正常运行时段的水位特征进行。验证时段为某年7—8月份，验证结果如图2所示，计算值与实测值基本吻合，满足进一步研究的需要。图2各站点的水位验证Fig．2Comparisonofwaterlevelbetweenmodeledresultsandobservedvalues4溃坝洪水对下游城市的淹没过程分析4．1H市淹没过程分析图3中显示了H市在各种工况模式下的淹没面积和淹没水体随时间的变化过程。若F水库坝体不溃，在M水库或B水库坝体单溃、F水库漫顶的情况下，H市的淹没程度是最小的。M水库单溃情况下(工况1)，H市的最大淹没面积约5．7km2，最大淹没水体约0．47亿m3。B水库单溃情况下(工况2)，H市的最大淹没面积约7．2km2，最大淹没水体约0．55亿m3。由于B水库的库容和大坝高度都略大于M水库，因此B水库的最大溃坝流量和溃坝后水库泄空时长都较M水库大，导致其溃坝洪水对H市的淹没面积和体积略大于M水库。若M水库和B水库同时发生溃决，F水库漫顶情况下(工况3)，H市的最大淹没面积和体积分别达到12km2和0．91亿m3。在图3不同工况下H市洪水面积及体积淹没过程Fig．3ProcesslinesofinundatedareaandvolumeinHcity淹没历时上，工况1—工况3分别约在溃坝后6．8，6．7，5．9h达到最大淹没面积，而后淹没面积逐渐减小，约43h后，3种工况的
【作者单位】： 三峡大学水利与环境学院;三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心;
【基金】：水利部公益性行业科研专项资助项目(201401027)
【分类号】：TV122.4

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本文编号：2529399