大南川水库溃坝的数值模拟分析研究.pdf

摘 要 大坝的安全不但影响工程的效益，而且还影响到人民的生命和财产安全，大 坝溃决形成的洪水，传播速度快，流量大，会给下游带来灾难性的后果。据不完 全统计，在二十世纪，坝高在15m以上的溃坝事件就有200多起，造成了巨大 的经济和生命损失。溃坝问题因此备受关注。 本文主要应用数值模拟方法，对大南川水库溃坝过程及对下游的危害进行分 析。 首先，本文总结了土石坝可能的破坏形式、破坏原因及破坏过程，在此基础 上建立溃口水流数值模型，利用堰流计算公式和水量平衡原理建立瞬时溃坝模 型，用来模拟瞬时全溃和瞬时部分溃坝；根据管涌溃坝的机理和过程，建立管涌 逐渐溃坝模型，管涌阶段的流量计算采用孔流公式，溃决阶段的流量计算采用宽 顶堰流公式，假设管涌为矩形，溃口为梯形并呈线性发展，结合水量守恒方程和 泥沙输运方程建立逐渐溃坝模型，用于模拟管涌引起的溃坝溃口流量过程计算， 并将该模型用于美国Teton坝溃坝实例计算，计算结果能比较好的反应实际情 况。 其次，采用MIKE21水动力学模块建立二维洪水演进模型，以溃口流量过程 为边界条件，采用矩形结构网格剖分计算域，对二维非对称矩形部分溃坝进行模 拟，并与Gabutti模型瞰】结果进行了比较，从比较结果看该模型能直观正确的反 映其物理过程。 最后，以青海省大南川水库土石坝溃坝为例，根据水库的特点拟定了7个计 算方案，利用所建立的模型分别模拟了不同方案的溃口流量过程以及下游洪水的 演进过程。研究了不同方案时的流量过程线和最大流量，下游一些乡镇洪水水位 过程，最高水位到达的时间。分析了管涌位置、起溃水位和溃决形式对溃口流量 和洪水演进的影响；还特别分析了一些重要乡镇的洪水过程：计算不同水位范围 内的淹没面积，尤其分析了方案一不同时刻的洪水淹没情况，绘制了此方案不同 时刻的洪水淹没图，直观的展现了洪水的发展过程；统计计算了不同方案的淹没 面积、受灾人口和经济损失，为防汛工作提供参考。 I 关键词：溃坝过程；管涌；数值模拟；MKE21；洪水演进 ABSTRACT The ofdamnot effectbenefitof safety only butalso project relatetosaletvof lifeand people’s flood of property．The adam resulting breakingpropagatesquickly andoften causesa last therewere calamity．During morethan200failuresof century dams than15m have greater causedeconomic high．They huge andlife10ss． property suffered Many fromthe people ofdambreak． catastrophes Inthis thesis，numericalsimulationisamain to to the