發(fā)布時間：2019-08-26 15:26

【摘要】：潰壩洪水的演進過程及其對下游城市的淹沒影響是大壩安全的重要研究內(nèi)容之一。以我國南方某山區(qū)河流為例,采用數(shù)值計算方法,針對該流域上并(串)聯(lián)的4座水庫在多種潰壩模式下,對下游城市的淹沒過程進行了計算和討論分析。研究結果表明:潰壩洪水在下游城市的淹沒速度和最大淹沒面積主要與最大潰壩流量相關,即與潰壩水頭和潰口大小相關;最大淹沒面積的達到時間主要與城市與水庫間的行洪距離有關。梯級水庫發(fā)生連潰時,潰壩洪水對下游城市的淹沒速度和淹沒面積都較單個水庫潰壩更加嚴重,不過連潰洪水在下游城市呈現(xiàn)淹沒快、退水也快的特征。城市洪水的淹沒歷時主要與潰壩水庫的容積相關,與最大潰壩流量的關系不大。
【圖文】：

87．5m，總庫容26．32億m3;ES河上游建有1座F水庫，該水庫大壩高76m，總庫容4．91億m3。ES河在F水庫上游又分為2條支流，分別建有2座水庫———M水庫和B水庫，M水庫大壩高82m，總庫容3．37億m3;B水庫大壩高104m，總庫容4．60億m3;M水庫和B水庫與F水庫的壩址距離均約為25km。整個流域主要分布有2座城市，其中L市位于ES河和WS河2支流匯合區(qū)域下游約17km處，距上游X水庫約58km，距上游F水庫約66km;H市距上游的F水庫約17km。L市區(qū)內(nèi)相對于附近河段水面的平均相對高程約20m，且部分區(qū)域相對高程不足10m(圖1(b))，上游任何一個水庫潰決都有可能對其造成淹沒。H城市內(nèi)大部分區(qū)域相對附近河段水面高程不足15m(圖1(c))。若F水庫及上游的M和B兩座水庫壩體潰決，顯然會對H市產(chǎn)生嚴重影響，另一方面，，雖然X水庫位于H市下游，其潰壩后產(chǎn)生的巨大流量仍然可能通過WS和ES的交匯口倒灌進入WS河上游，造成H市的淹沒。圖1研究區(qū)域概況及測點分布Fig．1Overviewofthestudyareaandthedistributionofobservationsites3數(shù)學模型構建3．1模型范圍及主要邊界條件為對S河上4個水庫潰決后對下游城市的淹沒范圍進行模擬計算，本研究中采用平面二維水動力學數(shù)學模型MIKE21FM，模型中的無結構三角形網(wǎng)格可更好地擬合地形。模型范圍見圖1(a)所示，考慮潰壩洪水可能對河道周圍產(chǎn)生淹沒，因此模型范圍大于原河道范圍，特別是在H市和L市及其附近區(qū)域，所有可能被淹沒的區(qū)域盡可能被包含在計算范圍之中。模型中網(wǎng)格分辨率在40～100m之間，三角形網(wǎng)格最小允許角度41°，相鄰三角形面積比最小允許值為0．7。模型中河道水深數(shù)據(jù)來自實測資料，陸上地形高程來自美國航天飛機雷達地形測繪數(shù)據(jù)［12－13］，并由當?shù)睾拥浪娓叱踢M行了矯正處

其中一個)為準，作為起始時間。即在工況3，6，7，10中，M水庫和B水庫是同時潰決的，且以兩者潰決時間為初始時刻;其余工況中以M水庫或B水庫潰決時間為初始時刻。表1中邊界條件信息中，上標表示水庫，如QMm和tMe分別表示M水庫的最大潰壩流量和水庫泄空時間。各個水庫的最大潰壩流量和水庫泄空時間分別采用式(1)和式(2)計算。3．3模型驗證由于所研究的4個壩體從未發(fā)生潰決，因此模型的驗證采用水庫正常運行時段的水位特征進行。驗證時段為某年7—8月份，驗證結果如圖2所示，計算值與實測值基本吻合，滿足進一步研究的需要。圖2各站點的水位驗證Fig．2Comparisonofwaterlevelbetweenmodeledresultsandobservedvalues4潰壩洪水對下游城市的淹沒過程分析4．1H市淹沒過程分析圖3中顯示了H市在各種工況模式下的淹沒面積和淹沒水體隨時間的變化過程。若F水庫壩體不潰，在M水庫或B水庫壩體單潰、F水庫漫頂?shù)那闆r下，H市的淹沒程度是最小的。M水庫單潰情況下(工況1)，H市的最大淹沒面積約5．7km2，最大淹沒水體約0．47億m3。B水庫單潰情況下(工況2)，H市的最大淹沒面積約7．2km2，最大淹沒水體約0．55億m3。由于B水庫的庫容和大壩高度都略大于M水庫，因此B水庫的最大潰壩流量和潰壩后水庫泄空時長都較M水庫大，導致其潰壩洪水對H市的淹沒面積和體積略大于M水庫。若M水庫和B水庫同時發(fā)生潰決，F(xiàn)水庫漫頂情況下(工況3)，H市的最大淹沒面積和體積分別達到12km2和0．91億m3。在圖3不同工況下H市洪水面積及體積淹沒過程Fig．3ProcesslinesofinundatedareaandvolumeinHcity淹沒歷時上，工況1—工況3分別約在潰壩后6．8，6．7，5．9h達到最大淹沒面積，而后淹沒面積逐漸減小，約43h后，3種工況的
【作者單位】： 三峽大學水利與環(huán)境學院;三峽地區(qū)地質災害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心;
【基金】：水利部公益性行業(yè)科研專項資助項目(201401027)
【分類號】：TV122.4

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本文編號：2529399