水库溃坝数值模拟及风险分析

发布时间：2017-06-10 07:41

  本文关键词：水库溃坝数值模拟及风险分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大坝溃决近几年发生概率较低，但根据历史经验，一旦发生溃坝，尤其对水库的下游城市而言，后果是灾难性的。因此，研究溃坝发生及发展过程、溃坝后果及风险尤为重要。本文以长治市石子河上游的庄头水库作为研究对象，计算溃坝洪水过程线，结合计算机软件MIKE对洪水演进进行数值模拟，最后对溃坝风险及溃坝后果进行了分析。希望能借此方法帮助人们了解小概率事件发生后相关地区受灾状况及洪水发展动态趋势，并能够提前建立疏散方法及预警机制，将溃坝损失降至最低，进而保障人民的生命财产安全。 通过系统分析我国大坝溃坝统计情况，阐述了溃坝事故发生对下游地区造成的严重后果，提出水库溃坝数值模拟及风险分析的必要性。并根据已有条件，计算出庄头水库不同重现期下的设计洪水，绘制出库容水位关系曲线。 通过分析土石坝溃决方式，选定了两种不同的土石坝溃决方式，综合水库的库容、水位、坝高及溃口大小确定了5种计算工况，并在综合考虑各种溃坝洪水过程线计算方法后，最终选定使用谢任之的“统一公式”计算出不同工况下的溃坝峰值流量及流量过程线。瞬时溃坝和逐渐溃坝两种溃决方式比较，其流量过程完全不同，前者是开始溃坝时流量达到峰值，而后逐渐减小，直至库容最低；而后者是溃坝流量先不断增大，一段时间后达到峰值，然后逐渐减小，前者的溃坝历时更短。 基于水动力学模型建立溃坝后洪水演进的二维模型。根据坝址下游地形选取适当研究区域，选取坝址处为入流开边界，初始条件为溃坝流量条件，生成三角形非结构化网格，设定模拟的时间步长为60s，然后进行模拟计算。对运算结果淹没范围、淹没水深、流速进行输出。选取两个典型工况对模拟结果进行分析，得出不同地区洪水淹没范围、最大淹没水深、洪水流速及洪水演进过程等。结果表明，由于山区地形复杂，上游低洼处水深最深达7m，流速最快达到6.4m/s，洪水演进到下游之后，虽然模拟时间较短，传播范围不广，但城市中心局部地区水深达到2.5m，是溃坝后下游重灾区，而瞬溃比逐渐溃情况下洪水传播速度快得多。在对模拟结果分析的基础上初步探讨了风险分析中溃坝概率的计算以及溃坝后果的分析计算，预测、评估洪水造成的人员财产损失。
【关键词】：土石坝 溃坝 数值模拟 风险分析
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV122.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究背景与意义9-11
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势11-15
• 1.2.1 溃口流量过程的研究11
• 1.2.2 溃坝洪水演进的研究11-13
• 1.2.3 溃坝风险分析的研究13-15
• 1.3 研究内容15
• 1.4 技术路线15-17
• 第二章 研究区域概况17-33
• 2.1 石子河流域17-20
• 2.1.1 流域概况17-19
• 2.1.2 气象19-20
• 2.2 庄头水库工程概况20-22
• 2.3 庄头水库工程水文情况22-33
• 2.3.1 流域特征值量算22-23
• 2.3.2 设计暴雨计算23-25
• 2.3.3 流域产流计算25-28
• 2.3.4 流域汇流计算28-32
• 2.3.5 设计洪水计算结果32-33
• 第三章 溃坝洪水演进二维数学模型33-39
• 3.1 MIKE21 水动力学模块33-39
• 3.1.1 数学方程的求解34-36
• 3.1.2 水动力模型的建立36-39
• 第四章 溃坝洪水演进模拟39-57
• 4.1 溃口流量计算分析39-45
• 4.1.1 溃决方式选择39-40
• 4.1.2 溃口流量计算40-42
• 4.1.3 庄头水库溃口流量分析42-45
• 4.2 庄头水库溃坝洪水演进模拟45-57
• 4.2.1 庄头水库下游洪水演进模型构建45-46
• 4.2.2 模型合理性验证46-48
• 4.2.3 洪水演进模拟结果48-57
• 第五章 土石坝溃坝风险分析57-67
• 5.1 溃坝风险分析理论57-61
• 5.1.1 风险分析的基本概念57-59
• 5.1.2 风险分析的目的59
• 5.1.3 风险分析的内容59-61
• 5.2 溃坝概率计算61-64
• 5.2.1 计算方法61-63
• 5.2.2 庄头水库溃坝概率计算63-64
• 5.3 溃坝后果估算分析64-67
• 第六章 结论与建议67-69
• 6.1 结论67-68
• 6.2 建议68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-75
• 硕士期间所获得的成果75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：437720