水库溃坝数值模拟及风险分析

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文水库溃坝数值模拟及风险分析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

2、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I太原理工大学硕士研究生学位论文决方式比较，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

3、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

4、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II太原理工大学硕士研究生学位论文STUDYONDAM-BREAKNUMERICALSIMULATIONANDRISKANALYSISABSTRACTTheprobabilityofdam-breakoccurrenceislowinrecentyears,butaccordingtothehistoricalexperience,theconsequencesof

5、adamfailurearedisastrousespeciallyforthecitydownstreamofthereservoirs.Therefore,theresearchontheoccurrence,development,consequencesandriskofdambreakisparticularlyimportant.Inthispaper,theresearchobjectistheZhuangtouReservoirwhichisintheupstreamofShiziRiver.Thencalculatethefloodhydrog

6、raphofdambreak,andcombinedwiththesoftwareMIKEsimulatethefloodevolutionnumerically.Inthelast,theriskandconsequencesofdambreakwereanalyzed.Wehopethatthemethodcanhelppeopleknowtheflooddisasteraftertheoccurrenceofdambreak,andalsocanhelppeopleestablishwarningmechanismandevacuationmethod.T

7、hroughtheway,wecanminimizethedamageandprotectthelivesandpropertyofthepeople.ThroughanalyzingthestatisticsofthedambreakinChina,thepaperelaboratedtheseriousconsequenceswhicharecausedbydambreakfordownstream,andthenthenecessityofdambreaknumericalsimulationandriskanalysiswereproposed.Acco

8、rdingtotheex