某 水库溃坝洪水计算及演进分析

某 水库溃坝洪水计算及演进分析

王俊豪

重庆交通大学 河海学院 重庆 400074

摘要：在充分利用国内外溃坝洪水风险分析、洪水演进数值模拟等方面研究成果基础上，通过数值模拟计算，充分利用溃坝及洪水模拟技术，以某水库为依托，对其大坝溃决过程以及溃坝洪水演进过程中的风险要素进行计算分析，为工程选址、工程完建后应急管理提供依据。

关 键 词：溃坝洪水；DAMBRK模型；洪水演进；洪水风险图

Calculation and evolution analysis of dam-break flood of the Citangwan Reservoir

Wang Junhao

( School of River & Ocean，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074）

Abstract：Based on the domestic and foreign research results of dam-break flood risk analysis, flood evolution numerical simulation, etc., through numerical simulation calculation, make full use of dam-break and flood simulation technology, relying on a reservoir as the basis for its dam failure process and failure The calculation and analysis of risk factors in the process of dam flood evolution provide a basis for project site selection and emergency management after the project is completed..

Key words：dam-break flood; DAMBRK model; flood evolution; flood risk map

1 概 况

某水库正常水位最大回水长度约2km，水库以上控制集水面积2.49km²。本工程主要任务为灌溉、乡镇供水、并为城镇提供备用水源的综合利用中型水利工程。

某水库正常蓄水位472.00m，设计洪水位472.43m，校核洪水位472.71m。大坝为粘土心墙石渣坝，坝顶长245.3m，坝顶宽10.00m，最大坝高48.0m。水库总库容1937万m3，正常水位库容1856万m3，兴利库容1612万m3，死库容245万m3。干渠渠首流量1.80m3/s，灌溉面积为7.95万亩。

2 模型方法

2.1 溃坝洪水计算数学模型

溃坝洪水计算数学模型的基本控制方程包含两类方程^[1]：

（1）水流连续性方程

（1）

（2）水流运动方程

（2）

（3）

式中：t为时间；x、y为空间坐标；Z为水深，Z=h；u、v分别为x和y方向的流速；M、N分别为x和y方向的单宽流量，M=uh，N=vh； 为曼宁糙率系数； 为重力加速度，取9.8m/s²。

2.2 溃坝及洪水演进分析数值模型

随着科学技术的突飞猛进，国内外现已建立了多个溃坝洪水计算的数学模型，其中美国国家气象局于1983年提出的DAMBRK模型被认为是实际工程应用的最佳选择^[2,3]。在溃坝条件下，DAMBRK模型可根据流体力学理论计算坝址泄水过程和向下游河道的演进，本文选择该溃坝分析数值模型进行溃坝过程及溃坝洪水演进过程计算分析。

3 计算分析

某水库大坝为黏土心墙坝。根据筑坝材料及材料密实度，某水库大坝溃决方式为渐溃，一般情况下不会发生瞬时溃决现象，但由于引起溃坝的水流冲击能力极强，从决口开始到基本形成的溃坝断面时，整个时间过程非常短暂，为安全考虑，可按瞬时溃坝处理进行洪水计算。

以下图表为坝址处断面流量、水位随时间变化过程曲线，横坐标均为时间（h）。

图1 坝址流量过程线

Figure 1 Flow process of dam site

图2 坝址水位过程线

Figure 2 Process line of dam site water level

某水库历时0.5小时，全溃决情况下，坝址最大流量约22068m³/s，；洪峰经28min到达古板滩，流量衰减至18326m

³/s；经45min到达杜家沟，流量衰减至13513m³/s；李家湾洪峰流量为7998m³/s，耗时54min；洪峰经83min到达龙柏村，流量为3678m³/s；洪峰经100min到达东塔镇，流量衰减至3249m³/s。

表1显示了某水库大坝漫顶全溃决时时，沿程最大流量、最高水位、最大流速及洪水演进时间。

表1 校核洪水瞬时全溃计算成果统计表

Table 1 Statistical table for checking the calculation results of instantaneous total collapse

4 结论

本文针对某水库进行了漫顶溃坝瞬时全溃工况过程的计算分析，计算得到坝址以及下游河道沿程流量过程线以及水位发展过程线，对下游不同位置的最高水位、最大流量、最大流速、演进时间以及典型河道断面的水位、流量随时间的变化过程进行了统计分析，可为工程选址、工程完建后应急管理提供依据。

参考文献（Reference）

1. 石莎,范子武,张铭,费香波,乌景秀.浯溪口水利枢纽溃坝洪水模拟[J].水利水运工程学报,2013,(06):67-73.DOI:10.16198/j.cnki.1009-640x.2013.06.012.(Shi Sha,Fan Ziwu,Zhang Ming,Fei Xiangbo,Wu Jingxiu.Simulation of dam rupture flood of the Huxikou water control project[J].Journal of Water Resources and Water Transport Engineering,2013,(06):67-73.DOI:10.16198/j.cnki .1009-640x.2013.06.012.)

2. 毛翼飞,徐力群,史亚旋,沈宇扬.基于分段模型法的尾矿库溃坝影响预测分析[J].水电能源科学,2019,37(11):100-103+14.(Mao Yifei, Xu Liqun, Shi Yaxuan, Shen Yuyang. Prediction analysis of the impact of tailings dam failure based on the segmented model method[J].Hydropower Energy Science,2019,37(11):100-103+14.)

3. 杜志水,王毅.应用DAMBRK模型进行溃堰洪水分析计算[J].西北水电,2010,(04):1-4.(Du Zhishui,Wang Yi.Analysis and calculation of weir collapse by applying DAMBRK model[J].Northwest Hydropower,2010,(04):1-4.)