基于HEC-RAS與ArcGIS水庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)分析

尖崗水庫(kù)是南水北調(diào)中線工程重要的調(diào)節(jié)水庫(kù),水庫(kù)不僅關(guān)系到下游鄭州市人民生命財(cái)產(chǎn)安全,更關(guān)系到南水北調(diào)工程的安全運(yùn)行。文章根據(jù)尖崗水庫(kù)的工程實(shí)際,分析了可能導(dǎo)致潰壩的因素,在已有潰壩洪水?dāng)?shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上,結(jié)合inforworksrs河流網(wǎng)絡(luò)模擬系統(tǒng),對(duì)潰壩洪水演進(jìn)過程進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)模擬,得出不同條件下水庫(kù)潰壩對(duì)下游的淹沒范圍,并提出了相應(yīng)的搶險(xiǎn)應(yīng)急保障措施,可極大限度地減輕災(zāi)害損失。

由于小型病險(xiǎn)水庫(kù)數(shù)量多,條件各不相同.要求能做到既保證水庫(kù)的安全,又使工程有限的投資獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益,這給決策者出了一個(gè)難題.因此,加強(qiáng)對(duì)小型水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究,為小型水庫(kù)的除險(xiǎn)加固提供科學(xué)的決策依據(jù),有很大的理論意義和實(shí)際意義.

一、水庫(kù)概況萌山水庫(kù)位于山東省淄博市周村區(qū)萌水鎮(zhèn),屬淮河流域片小清河水系,是一座以防洪和供水為主的重點(diǎn)中型水庫(kù),流域面積292km2,總庫(kù)容9025×104m3,興利庫(kù)容4755×

采用水力學(xué)模型,對(duì)潰壩流量以及潰壩后下游各斷面的淹沒水深和淹沒范圍等水力風(fēng)險(xiǎn)要素進(jìn)行計(jì)算,基于arcgis技術(shù)開發(fā)了江蘇省句容市北山水庫(kù)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖管理系統(tǒng),對(duì)gis空間屬性表字段進(jìn)行渲染,自動(dòng)繪制出潰壩洪水淹沒風(fēng)險(xiǎn)信息,為下游句容市區(qū)防洪減災(zāi)提供技術(shù)支持。

隨著科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求,為充分利用水能資源和實(shí)現(xiàn)流域水資源的綜合調(diào)控,我國(guó)多數(shù)大江大河上均修建了多座大壩,形成流域梯級(jí)開發(fā)的狀態(tài).但目前對(duì)于梯級(jí)水庫(kù)大壩群的研究相對(duì)較少.因此,面對(duì)如今普遍存在的流域梯級(jí)開發(fā)態(tài)勢(shì),對(duì)梯級(jí)水庫(kù)大壩群的風(fēng)險(xiǎn)開展研究并進(jìn)行管控具有重大意義.辨識(shí)梯級(jí)開發(fā)風(fēng)險(xiǎn),分析水庫(kù)群間的相互影響及互饋?zhàn)饔?研究梯級(jí)水庫(kù)大壩群的可能潰壩機(jī)理.

文章首先從工程建設(shè)安全與聯(lián)合調(diào)度管理安全兩個(gè)方面分析了流域梯級(jí)水庫(kù)開發(fā)風(fēng)險(xiǎn),并通過模擬潰壩情形,探究水利工程項(xiàng)目建設(shè)、聯(lián)合調(diào)度機(jī)制、河道坡度、水庫(kù)間距離等因素如何影響梯級(jí)水庫(kù)潰壩及效果。不僅豐富了流域梯級(jí)水庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)分析理論,而且為水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度提供了理論基礎(chǔ)。

文章首先從工程建設(shè)安全與聯(lián)合調(diào)度管理安全兩個(gè)方面分析了流域梯級(jí)水庫(kù)開發(fā)風(fēng)險(xiǎn),并通過模擬潰壩情形,探究水利工程項(xiàng)目建設(shè)、聯(lián)合調(diào)度機(jī)制、河道坡度、水庫(kù)間距離等因素如何影響梯級(jí)水庫(kù)潰壩及效果.不僅豐富了流域梯級(jí)水庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)分析理論,而且為水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度提供了理論基礎(chǔ).

首先基于水庫(kù)瞬時(shí)全潰的假設(shè),采用簡(jiǎn)算法對(duì)上游水庫(kù)的潰壩洪水進(jìn)行計(jì)算,并計(jì)算出上游水庫(kù)至德澤水庫(kù)的區(qū)間洪水,然后研究了上述2個(gè)分區(qū)洪水的組合遭遇,最終得到受上游水庫(kù)潰壩影響的德澤水庫(kù)壩址斷面的洪水過程。結(jié)果表明:上游水庫(kù)的潰壩,一般情況下不會(huì)對(duì)德澤水庫(kù)構(gòu)成威脅。進(jìn)行的研究為德澤水庫(kù)的安全設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。

潰壩洪水計(jì)算的關(guān)鍵問題是潰口形式及其流量過程,采用經(jīng)驗(yàn)公式方法,可以快速、方便地應(yīng)用于實(shí)際計(jì)算。文章以紅旗水庫(kù)為例,通過分析兩種工況下的潰壩洪水、潰壩洪水演進(jìn)過程特點(diǎn)和洪水淹沒范圍,編制洪水風(fēng)險(xiǎn)圖,分析潰壩所帶來的嚴(yán)重后果,為紅旗水庫(kù)大壩安全管理應(yīng)急預(yù)案編制提供支撐。

隨著大江大河的規(guī)?；菁?jí)開發(fā),水庫(kù)和電站的風(fēng)險(xiǎn)不再是單一工程風(fēng)險(xiǎn),傳統(tǒng)的\"單庫(kù)、定值\"研究模式已難以滿足當(dāng)今水電站樞紐的安全風(fēng)險(xiǎn)分析需求。為此,本文將上游潰壩洪水的作用考慮到水庫(kù)漫壩失事風(fēng)險(xiǎn)分析中,在具體評(píng)估水庫(kù)承擔(dān)的失事風(fēng)險(xiǎn)率時(shí),基于現(xiàn)有的模糊風(fēng)險(xiǎn)分析模型嘗試采用直角梯形模糊數(shù)描述水庫(kù)漫壩失事的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo),結(jié)合α-截集技術(shù)將模糊集合轉(zhuǎn)化為經(jīng)典集合,提出基于直角梯形模糊數(shù)的水庫(kù)漫壩失事風(fēng)險(xiǎn)分析模型。以某流域尚在籌建的水庫(kù)為例進(jìn)行研究,結(jié)果表明:(1)該模型能考慮多種不確定性因素影響的漫壩失事風(fēng)險(xiǎn)的可能狀況,思路更接近于實(shí)際情況,其計(jì)算結(jié)果可為有關(guān)部門決策提供更多參考信息;(2)就研究對(duì)象而言,盡管考慮上游潰壩洪水時(shí)較高起調(diào)水位方案對(duì)應(yīng)的漫壩失事模糊風(fēng)險(xiǎn)率均不同程度超出最大可接受風(fēng)險(xiǎn),但只要做好預(yù)警工作并及時(shí)預(yù)泄水庫(kù)蓄水就可以降低外部原因引起的漫壩失事風(fēng)險(xiǎn),保障水庫(kù)安全運(yùn)行。

以錦屏二級(jí)水庫(kù)為例,利用dambrk和一維水動(dòng)力模型模擬多種組合工況下水庫(kù)潰壩和洪水演進(jìn)過程,并對(duì)計(jì)算得到的潰口流量及下游洪水演進(jìn)結(jié)果進(jìn)行分析.根據(jù)潰壩洪水模型計(jì)算獲得的水庫(kù)下游地區(qū)洪水淹沒情況,綜合考慮洪水的危險(xiǎn)性、暴露性和易損性,利用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)水庫(kù)下游8個(gè)重要鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行了洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)結(jié)果可以為該流域進(jìn)行安全應(yīng)急預(yù)案制定、洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理等提供技術(shù)參考.

通過潰壩概率和潰壩后果分析,引入潰壩后果綜合評(píng)價(jià)函數(shù),計(jì)算水庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),作為衡量水庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)大小的指標(biāo),通過對(duì)潰壩概率和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的分析,提出新的降低風(fēng)險(xiǎn)的策略,為目前正在開展的小型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固決策提供參考依據(jù),為今后的運(yùn)行管理提供理論指導(dǎo)。

針對(duì)5000年一遇校核洪水副壩可能發(fā)生管涌導(dǎo)致潰壩的情況,應(yīng)用breach數(shù)學(xué)模型和river2d二維洪水演進(jìn)計(jì)算軟件,計(jì)算了最初7h潰口流量與時(shí)間關(guān)系過程線,建立了壩址至下游贛州鈷冶煉廠段有限單元數(shù)值模型,模擬了副壩潰決后研究范圍內(nèi)的洪水演進(jìn)過程,估算了生命損失值,分析了生命社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明,副壩發(fā)生潰壩后,洪水將影響到2個(gè)行政村(鎮(zhèn))、15個(gè)自然村(區(qū)),受災(zāi)人口達(dá)70462人,潰壩警報(bào)時(shí)間小于或等于5h,生命損失值達(dá)百人以上,生命社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)是不可容忍的。該研究成果可作為水庫(kù)制定大壩安全管理應(yīng)急預(yù)案的參考依據(jù)。

充分運(yùn)用大壩失事概率分析和大壩失事所造成的下游經(jīng)濟(jì)損失、生命損失估算基礎(chǔ)上的風(fēng)險(xiǎn)概念,通過對(duì)由6座大壩和中間相連山丘組成的公明水庫(kù)進(jìn)行深入的風(fēng)險(xiǎn)分析研究,采用專家經(jīng)驗(yàn)法定量確定了風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的概率,采用美國(guó)國(guó)家氣象局(nws)開發(fā)的fldwav潰壩模型進(jìn)行了工程失事洪水演進(jìn)分析,確定了潰壩影響范圍以及失事后果。與此同時(shí)對(duì)大壩及泄洪泄水建筑物的型式、位置、大小等進(jìn)行綜合分析論證,提出針對(duì)性地預(yù)防災(zāi)害的發(fā)生和減少潰壩帶來的損失的抑制、轉(zhuǎn)移措施,優(yōu)化了工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量,對(duì)提高大壩安全運(yùn)行保證率有重大的意義。研究工作可為其他類似情況的水庫(kù)工程風(fēng)險(xiǎn)分析研究工作提供參考借鑒。

為了加強(qiáng)龍王溝水庫(kù)安全管理,提高應(yīng)對(duì)突發(fā)事件能力,降低風(fēng)險(xiǎn),保證安全,最大限度地減少人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失,對(duì)其潰壩情況進(jìn)行了計(jì)算分析,提出了樞紐設(shè)施的檢查重點(diǎn)和水庫(kù)應(yīng)急調(diào)度方式。

2005年5月28日，美國(guó)《d1scovery》欄目播放一期名為《世界歷史上人為技術(shù)錯(cuò)誤造成的災(zāi)害top10》的專題節(jié)目。它們包括前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站爆炸事件、印度化工廠泄毒事件等。而top．1，世界歷史上最慘絕人寰的人為災(zāi)難，居然就是中國(guó)河南省駐馬店板橋水庫(kù)潰堤。據(jù)《d1scovery》節(jié)目報(bào)導(dǎo)，9縣1鎮(zhèn)東西150公里、南北75公里范圍內(nèi)一片汪洋。

小型水庫(kù)潰壩洪水演算探討——本文簡(jiǎn)要介紹了現(xiàn)有潰壩洪水的計(jì)算方法，根據(jù)新疆奎屯河“87”潰壩性洪水演算實(shí)例，推薦了一種簡(jiǎn)單可靠的適合小型水庫(kù)潰壩洪水計(jì)算的方法?！　?/p>

土石壩潰壩的發(fā)生將會(huì)對(duì)下游居民、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)環(huán)境產(chǎn)生災(zāi)害性的影響,水庫(kù)大壩的洪水風(fēng)險(xiǎn)分析有助于掌握水庫(kù)的健康運(yùn)行狀況,有著重要的指導(dǎo)意義。通過二維水力學(xué)有限元法模擬潰壩下游洪水演進(jìn),并獲取潰壩洪水風(fēng)險(xiǎn)圖,制定相應(yīng)的應(yīng)急處理預(yù)案。

水庫(kù)大壩施工風(fēng)險(xiǎn)須采用有效地風(fēng)險(xiǎn)分析方法進(jìn)行管理。文中以中硐橋水庫(kù)大壩施工為案例,采用了ahp法進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)分析,排序出該項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)大小的順序,并提出風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施方法,以減少風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性。該論文對(duì)水庫(kù)大壩施工的風(fēng)險(xiǎn)分析有著指導(dǎo)性的作用。

文章基于hec-ras模型現(xiàn)有防洪條件下的40年、60年和100年洪水漫頂淹沒情況,利用gis環(huán)境進(jìn)行模擬研究。結(jié)果表明:遼河流域遼寧段防洪堤壩可以抵御40年和60年一遇洪水,基本能夠抵御100年一遇的洪水；不同斷面的設(shè)計(jì)洪水位與模擬水位具有良好的一致性；基于hec-ras的洪水淹沒模擬分析具有較高的精確性和可靠度,研究成果可為遼河流域洪水預(yù)警以及洪水災(zāi)害人員疏散方案的制定提供一定參考。

任何一個(gè)項(xiàng)目可以說都是離不開風(fēng)險(xiǎn)的，能否將風(fēng)險(xiǎn)控制好，將會(huì)在很大程度上影響項(xiàng)目的順利開展，水庫(kù)調(diào)度也脫離不了風(fēng)險(xiǎn)控制。對(duì)于水庫(kù)調(diào)度來說，經(jīng)常需要面臨的問題包括用水風(fēng)險(xiǎn)、徑流風(fēng)險(xiǎn)等等，直接給水庫(kù)運(yùn)行造成影響，例如水庫(kù)自身是否安全、能否順利發(fā)揮出防洪效果。本文結(jié)合某水庫(kù)的調(diào)度情況作為案例進(jìn)行分析，總結(jié)了水庫(kù)調(diào)度的特點(diǎn)，希望可以給相關(guān)工作的開展以及風(fēng)險(xiǎn)防控提供一些參考。

引起風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的因素有很多,本文基于風(fēng)險(xiǎn)的概念界定,對(duì)水庫(kù)在汛期間的調(diào)度進(jìn)行分析,著重論述了水庫(kù)調(diào)度中的風(fēng)險(xiǎn)決策方法,提出了依據(jù)所處地域的詳細(xì)地址情況對(duì)風(fēng)險(xiǎn)分析方法進(jìn)行比對(duì)和改良,為相關(guān)部門的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防工作提供更優(yōu)選擇。