震害预测中强震溃坝洪水灾害分析评估系统与坝—坝灾害链研究

论文摘要

水工专家陈厚群院士指出：“水库大坝的抗震防灾战略重点应当是防止遭遇最大可能的极端地震时发生水库失控下泄所导致严重次生灾害的溃决灾变。为此必须合理确定坝址可能发生的最大可信地震，即MCE，以及设计中对各类坝型溃决极限状态的定量准则。这两个问题是当前在大坝安全评估中的主要障碍和亟待解决的前沿课题，是必须面对的挑战”。黄河上游流域不仅地质构造复杂，断裂十分发育，而且是滑坡的高发地带，还有水库蓄水后的诱发地震，这些都是造成黄河上游梯级水库失事的隐患。鉴于1999年台湾南投7.3级地震的一个次生断层发生错动就可把坝高24.4m的石岗混凝土重力坝错断，针对这一事件，陈厚群院士指出：“应当说，像石岗这类少有的坝基中断层大幅度错断的‘抗震’问题，并不属于抗震安全的范畴，目前各类大坝尚无法抗御这类灾害”，而在黄河上游地段内，一旦发生这种强度的、类似该地震状况的地震也有可能引起该地段内水坝的崩溃。可是对于高坝大库，一旦遭受强震毁坏，溃坝导致的洪峰对下游造成的严重次生灾害远比工程本身的损失要严重很多。为防止黄河上游诸水库失事和万一失事而能有一定的防护措施，把损失和灾害减小到最低程度，本文对黄河上游诸水库进行溃坝洪水分析。针对黄河上游水库呈群状分布的特点，一旦上游某坝溃坝后，洪水可能对其下游众多坝体产生多米诺骨牌级联效应，而致使下游坝体接连地溃决或溢坝，如1975年板桥、石漫滩等众多水库相继溃决，进行了坝-坝灾害链研究分析。同时以我国西北重要的工业城市兰州市为例，进行了其上游某坝万一溃决后洪水对兰州市的影响，以简化数值模拟计算方法和数值模拟计算方法两种方案进行计算分析了溃坝洪水到达兰州市的最大流量、起涨时间、最大流量到达时间、消退时间、各个断面的水位过程线以及河道和市区的糙率等。此外，针对兰州地区桑园峡特殊地形因素，进行了壅水问题初步探索性的研究。同时，由于兰州城区大部分在黄河右岸，而洪水演进数学模型中均忽略了科氏力因素，故对兰州市洪水受科氏力的大小进行了理论估算。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 国内外研究现状
• 1.2 本文研究内容与思路
• 1.2.1 研究内容
• 1.2.2 研究思路
• 1.3 本文研究目的和意义
• 1.4 本文研究特色
• 第二章 溃坝数值模拟计算理论基础
• 2.1 溃坝数值模拟计算的目的
• 2.2 溃坝形式
• 2.3 简化数值模拟计算
• 2.3.1 溃坝坝址处最大流量计算
• 2.3.2 溃坝坝址处流量过程线
• 2.3.3 溃坝下游某处洪水的最大流量的计算
• 2.3.4 溃坝洪水传播时间的计算
• 2.3.5 溃坝下游流量过程线
• 2.3.6 本论文采用的方法
• 2.4 数值模拟计算
• 2.4.1 一维基本方程
• 2.4.2 圣维南方程组解法
• 2.4.3 河道断面划分
• 2.4.4 初始和边界条件的选取
• 2.4.5 阻力参数的确定
• 2.4.6 代数方程组的迭代求解
• 2.4.7 本论文采用的圣维南方程解法
• 2.5 糙率
• 2.5.1 河道糙率的确定原则
• 2.5.2 糙率的计算方法
• 2.6 流速
• 2.6.1 坝址处水流流速
• 2.6.2 溃坝下游某处流速
• 第三章 坝-坝灾害链研究
• 3.1 研究目的
• 3.2 研究方法
• 3.3 计算方法
• 3.4 计算分析
• 3.5 分析结果
• 第四章 研究区概况
• 4.1 黄河上游简介
• 4.2 黄河上游河段开发
• 4.2.1 龙羊峡以上河段
• 4.2.2 龙羊峡至青铜峡河段
• 4.3 黄河兰州河段
• 4.4 溃坝原因
• 第五章 黄河上游地区坝-坝灾害链分析
• 5.1 龙羊峡至青铜峡溃坝坝址处的最大流量
• 5.1.1 计算方法
• 5.1.2 计算参数
• 5.1.3 计算结果
• 5.2 龙羊峡至青铜峡“坝-坝”灾害链分析参数
• 5.3 龙羊峡至青铜峡“坝-坝”灾害链分析结果
• 5.3.1 全溃时“坝-坝”灾害链分析结果
• 5.3.2 1/2 溃时“坝-坝”灾害链分析结果
• 5.3.3 2/3 溃时“坝-坝”灾害链分析结果
• 5.3.4 1/3 溃时“坝-坝”灾害链分析结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 黄河兰州上游水库溃坝后洪水对兰州市影响的粗评估
• 6.1 粗评估分析的水库及其特征值
• 6.1.1 水库的选取
• 6.1.2 选取水库的特征值
• 6.1.3 水库溃口形态描述
• 6.2 坝址处最大流量
• 6.3 坝址处流量过程线
• 6.3.1 龙羊峡溃坝坝址处流量过程线
• 6.3.2 拉西瓦溃坝坝址处流量过程线
• 6.3.3 李家峡溃坝坝址处流量过程线
• 6.3.4 公伯峡溃坝坝址处流量过程线
• 6.3.5 积石峡溃坝坝址处流量过程线
• 6.3.6 刘家峡溃坝坝址处流量过程线
• 6.3.7 盐锅峡溃坝坝址处流量过程线
• 6.3.8 八盘峡溃坝坝址处流量过程线
• 6.4 溃坝洪水到达下游兰州市的最大流量
• 6.5 兰州洪水传播时间
• 6.5.1 兰州洪水起涨时间
• 6.5.2 兰州洪水最大流量到达时间
• 6.5.3 兰州洪水消退时间
• 6.6 兰州糙率
• 6.7 兰州最大流量时的水位
• 6.7.1 计算方法
• 6.7.2 数据采集
• 6.7.3 计算结果
• 6.8 本章小结
• 第七章 黄河兰州上游水库溃坝后洪水对兰州市影响的详评估
• 7.1 黄河兰州上游坝-坝灾害链分析结果
• 7.2 刘家峡溃坝洪水对兰州市影响分析
• 7.2.1 刘家峡-兰州市桑园峡断面划分
• 7.2.2 未经盐锅峡和八盘峡调洪的刘家峡溃坝洪水分析
• 7.2.3 经盐锅峡和八盘峡调洪后的刘家峡溃坝洪水分析
• 7.3 盐锅峡溃坝洪水对兰州影响分析
• 7.3.1 盐锅峡-兰州市桑园峡断面的划分
• 7.3.2 盐锅峡水库溃坝的洪水分析
• 7.4 八盘峡溃坝洪水对兰州影响分析
• 7.4.1 八盘峡-兰州市桑园峡断面划分
• 7.4.2 八盘峡水库溃坝的洪水分析
• 7.5 本章小结
• 第八章 兰州下游桑园峡对兰州市的壅水研究
• 8.1 桑园峡水文条件分析
• 8.1.1 盐滩－燕儿湾库容
• 8.1.2 宛川河洪水对桑园峡水位影响
• 8.1.3 黄河小峡水库对兰州市区淹没的影响
• 8.2 桑园峡河道壅水分析
• 8.2.1 壅水范围
• 8.2.2 分析结果
• 8.3 桑园峡河床以上壅水分析
• 8.3.1 分析方法
• 8.3.2 分析结果
• 8.4 本章小结
• 第九章 黄河兰州河段右岸受科氏力的影响
• 9.1 科氏力简介
• 9.2 科氏力对河流的影响
• 9.3 黄河兰州河段右岸所受的科氏力
• 9.4 本章小结
• 第十章 结论与展望
• 10.1 主要结论
• 10.2 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介