高危堰塞湖形成、潰決機理與風險調控理論

《高危堰塞湖形成、潰決機理與風險調控理論》是依託清華大學，由張紅武擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：高危堰塞湖形成、潰決機理與風險調控理論
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：張紅武
• 項目類別：重點項目

項目摘要

地震、颱風暴雨和冰磧物融化，常誘發山體崩塌、滑坡和土石流堵塞河谷蓄水形成堰塞湖。在持續入流、涌浪或氣溫升高等因素作用下，鬆散土石或冰磧物堆積成的堰塞體極易潰決，對下游造成重大潰壩洪水威脅。本項研究結合四川5.12汶川地震的堰塞湖除險減災案例，研究堰塞湖形成的動力學過程，入流、涌浪和降雨等因素作用下的堰塞體破壞過程，以及潰決洪水演進致災過程。揭示堰塞體形成過程中的土石料沉積分選機制，堰塞體在水力沖刷、滲透變形和重力侵蝕耦合作用下破壞發展與潰決機制，潰決洪水的演進致災和梯級堰塞湖潰決的災害放大機制。建立時間緊迫、資料缺乏的應急除險條件下，堰塞湖入流過程、堰塞體潰決過程、下游洪水演進的可靠計算方法，堰塞體挖槽除險的風險調控最佳化方法。從而為堰塞體這一類天然高危散粒料壩潰決災害的應急管理提供科學理論和方法，為減輕地震、颱風暴雨等的次生潰壩洪水災害提供科學技術基礎。

結題摘要

項目圍繞高危堰塞湖形成、潰決機理與風險調控理論進行研究，完成的主要工作包括：滑坡過程和堆積模擬計算方法研究、土石料的堆積分選研究、管涌的模型試驗與數值模擬、大型滑坡涌浪試驗研究及預測、堰塞體潰決的模型試驗、水沙運動基本理論研究、堰塞體潰決過程模擬及風險研究等。在滑坡過程和堆積模擬中，引入新的本構模型進行求解，並將坐標系建立在整體坐標繫上，使得計算可以利用GIS提取三維地形的坐標信息。並通過模型試驗和離散元計算研究了土顆粒的分選特徵。針對可能造成堰塞體潰決的主要原因：管涌和漫頂，我們分別進行了管涌和漫頂潰決的模型試驗。潰決模型試驗中考慮了壩體坡度、寬度、高度、入流流量和壩體材料等因素的影響。漫頂潰決沖刷過程的試驗表明當壩體組成以粗顆粒為主時，壩體材料在漫頂水流的作用下，於床面附近形成含沙層，而在該層以外顆粒濃度較小，並以此形式向下游輸移。當壩體組成以細顆粒為主時，壩體材料則主要以懸移質運動形式向下游輸移運動，同時也伴隨著較強烈的推移質輸沙過程。可以用雙層流模型進行壩體的沖蝕速率計算。綜合上述研究成果，進行了堰塞體潰決全過程的數值模擬，採用水槽試驗結果對計算模型進行驗證。然後將其用於實際計算。表明研究成果能夠預測不同材料組成的壩體漫頂潰決下泄洪水過程及潰口展寬變化。在此基礎上，進行了河道堤防潰堤或漫溢後的洪水演進和風險計算。根據研究提出了減小堰塞體潰壩危害的主要措施。