基于洪水演进数值模拟的溃坝危害性快速评估
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法存 在缺 陷 。基 于水 力 学 方 法 ，国 内外 许 多 学 者 对溃 坝洪 水 进 行 了有 效 的 数 值 模 拟 和 分 析 ，其 主 要利 用＿ 、二 维 非 恒 定 水 流 模 型 实 现 对 溃 坝 洪 水
１ ２ 溃坝 洪 水过 程线 ．
本文利用洪峰展平法将 洪水波概化为三角形 ，
对 洪水 演 进 过 程 进 行 模 拟 ，分 析 溃 口宽 度 和 溃 口
形 态对 洪 水 演 进 过 程 的影 响 ，研 究 考 虑 不 同溃 坝 条 件下对 溃 坝 洪 水 的到 时 、最 大 流 量 、水 深 和 洪
第２ ６卷第 ２期
２ １ 年 ４月 ０１
灾
害
学
Ｖ０． ６ Ｎｏ ２ １２ ．
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＡ ＴＡＳ ＲＯＰ Ｔ ＨＯＬ ＯＧＹ
Ａｐ ． ０ １ ｒ ２ １
基 于 洪 水 演 进 数 值 模 拟 的 溃 坝 危 害 性 快 速 评 估
谢俊举 ，李亚琦
（ 中国地震 局地球物理研究所 ， 京 北 １０ ８ ） ００ １
这 些 大 坝一 旦 由于 不 同原 因发 生 溃 坝对 于 下 游 地
目前国内外溃坝 最大流量计算 方法及经 验公
式很 多 ，如 波 额 流 量 法 、波 流 与 堰 流 相 交 法 、里
特尔 一圣 维 南 法 等 。 溃 坝 模 型 包 括 瞬 时 全 溃 、瞬 时局 部 溃 坝 和 逐 渐 溃 “ 。考 虑 在 地 震 作 用 下 混 凝 土坝 体 的溃 坝模 式 为 瞬 时全 溃 或 瞬 时 局部 溃 ， 本 文 采用 瞬 时溃 坝 的 波 流 与 堰 流 相 交 法 计 算 溃 坝
最 大 流量 ，即
区的 危 害是 十分 巨 大 的
。因 此 ，研 究 在 地 震
Ｑ ＝． ６詈） ｂ ／ ｏ ｏ２ （ Ⅲ ￣Ｈ ０ ｖ ，
Ｕ
（） １
发 生 情 况下 大 坝 的 溃 坝 问题 ，模 拟 溃 坝 洪 水 ，预
式 中 ：Ｂ为 主 坝 长 （ Ｉ ，采 用 主 坝 设 计 长 度 ；巩 Ｉ） Ｔ
摘
要 ：采用部分 溃坝模 型与堰流相交算法计算溃坝最 大流量 ，并基于 四次抛物线 概化方 法得到溃 坝洪水 的流量
过程线 ； 利用洪峰展平法将洪水波概化 为三角形 ，对洪水演进 过程进行模 拟 ，分析 溃 口宽 度和溃 口形态 对洪水 演
进过程 的影 响 ；研究考虑不 同溃坝条件下对溃坝洪水 的到时 、最 大流量 、水 深和洪水 历时等洪 水演进 的主要参 数
强 烈 的破 坏 性 地 震 可 能 造 成 水 库 和 坝 堤 的 溃 决 ，从 而引发 洪 水 造 成 巨 大 的灾 难 性 后 果 。有 详 细史 料 记 载 的 １８ ７ ６年康 定 大 地震 、１ ３ ９ ３年 叠 溪 大
１ 溃 坝 流 量 和 坝 址 洪 水 过 程 线 的 推 求
性 的快速评 估 。
类 型 、下 泄 最 大 流 量 、溃 坝 可 泄 库 容 有 关 。为 简 化起 见 ，通 常 用 概 化 典 型 流 量 过 程 线 法来 表 示 溃 坝 洪水 过程 线 ，而工 程上 多采 用 ４次抛 物线 来 概化
溃 坝洪水 过 程线 ， 。 ］
收 稿 日期 ：２ １ ０ ０ ０— ９一Ｏ １ 基 金 项 目 ：科 技 支 撑 计 划 （ ０６ Ａ １ Ｂ ３ ；国家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 ￣ （０ ７ Ｂ １２ ０ ２０Ｂ Ｃ３ ０ ） ｊ ｔ２ ０ Ｃ ７４ ０ ）
测溃坝洪水的传播 、推进 过程 ，实现溃 坝危 害 的 快 速评 估 ，为事 故 早 期 预警 等 提 供 信 息 ，并 对 减
轻 灾 害 、保 护人 民生 命 财 产 安 全 具 有 十 分 重 要 的
意义 。
为 坝前 水深 （ ，采用 校 核水 位 下 坝前 水 深 ；ｂ为 ｍ） 溃 口宽 度 （ ，一般 小 型水 库 取 ｂ为 ， 中型水 库 ｍ） 取 ｂ为 ０６ ．Ｂ一０７ ．Ｂ，大 型 水 库 取 ｂ为 下 游 主 河 槽 宽度 的 １５倍 ；ｇ为重力 加 速度 （ ． ／ ） ． ９ ８ｒ ｓ 。 ｎ
作者简介 ：谢俊举 （ ９ ５一） １８ ，男 ，湖ｊ 鄂州人 ，博士 ，主要从事地震工程学和工程地震学方面 的研究．Ｅｍａ ： ｅｚ ＠ｅａｉｐ ．ｎ Ｅ － ｉ ｗ ｎｐ ｅ． ． ｃ ｌ ｇ
３ ２
灾
害
学
２ ６卷
溃坝后水库 泄空时 间 ，根 据经验 可用下式
计算
Ｔ＝ｋｗ （ 一Ｑ ） ／ Ｑ 。。
１ １ 溃 坝最 大流 量 ．
地震
均发 生 了堰塞 湖溃 坝 的惨剧 ，地 震 引 发溃
坝洪 水造 成 巨大 人 员 伤 亡 ，伤 亡 数 据 甚 至 数 倍 于 地震 直 接死 亡 人 数 。２０ ０ ８年 汶川 ８０级 特 大 地 震 ． 引起 山体 滑 坡 ，阻 塞 河 道 ，形 成 了 大 面 积 堰 塞 湖 泊 ｈ ，造 成 ３ ４ ４处 堰 塞 湖 危 险 地 带 。 巨 大 的 堰 塞 湖一 旦 溃 决形 成 洪 峰 ，会 对 下 游 城 镇 造 成 毁 灭 性 破坏 。据 统计 ，我 国有 各 类 水 库 大 坝 ８万 多 座 ， 其 中库 容超 过 １亿 ｍ 的大 型水 库 就 有 ４ ０多 座 ， ０
的快速估算 方法 ，以实现对 地震可能引发不 同溃坝事件危 害性的快速评估 。 关键 词 ：溃坝洪水 ；地 震应 急 ；洪水演进 ；溃坝历时 ；数值模拟 中图分 类号 ： Ｖ ２ ． Ｔ １２ ４ 文献标识 号码 ： Ａ 文章编 号 ： ００— １Ｘ（０ １ ０ ０ ３ ０ １０ ８ １ ２ １ ）２— ０ １— ４
溃坝 洪 水 下 泄 是 一 种 非 恒 定 流 动 过 程 ，其 过
程 线 的确 定 是 非 常 复 杂 的 ，通 过 试 算 和 模 型 试 验 的对 比分 析研 究 表 明溃 坝 洪水 下 泄 过 程 线 与 溃 坝
水 历时 等 洪 水 演 进 的 主 要 参 数 的 快 速 估 算 方 法 ， 以实 现对 地 震 可 能触 发 的 不 同 形 态 溃 坝 事 件 危 害
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法存 在缺 陷 。基 于水 力 学 方 法 ，国 内外 许 多 学 者 对溃 坝洪 水 进 行 了有 效 的 数 值 模 拟 和 分 析 ，其 主 要利 用＿ 、二 维 非 恒 定 水 流 模 型 实 现 对 溃 坝 洪 水
１ ２ 溃坝 洪 水过 程线 ．
本文利用洪峰展平法将 洪水波概化为三角形 ，
对 洪水 演 进 过 程 进 行 模 拟 ，分 析 溃 口宽 度 和 溃 口
形 态对 洪 水 演 进 过 程 的影 响 ，研 究 考 虑 不 同溃 坝 条 件下对 溃 坝 洪 水 的到 时 、最 大 流 量 、水 深 和 洪
第２ ６卷第 ２期
２ １ 年 ４月 ０１
灾
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基 于 洪 水 演 进 数 值 模 拟 的 溃 坝 危 害 性 快 速 评 估
谢俊举 ，李亚琦
（ 中国地震 局地球物理研究所 ， 京 北 １０ ８ ） ００ １
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目前国内外溃坝 最大流量计算 方法及经 验公
式很 多 ，如 波 额 流 量 法 、波 流 与 堰 流 相 交 法 、里
特尔 一圣 维 南 法 等 。 溃 坝 模 型 包 括 瞬 时 全 溃 、瞬 时局 部 溃 坝 和 逐 渐 溃 “ 。考 虑 在 地 震 作 用 下 混 凝 土坝 体 的溃 坝模 式 为 瞬 时全 溃 或 瞬 时 局部 溃 ， 本 文 采用 瞬 时溃 坝 的 波 流 与 堰 流 相 交 法 计 算 溃 坝
最 大 流量 ，即
区的 危 害是 十分 巨 大 的
。因 此 ，研 究 在 地 震
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发 生 情 况下 大 坝 的 溃 坝 问题 ，模 拟 溃 坝 洪 水 ，预
式 中 ：Ｂ为 主 坝 长 （ Ｉ ，采 用 主 坝 设 计 长 度 ；巩 Ｉ） Ｔ
摘
要 ：采用部分 溃坝模 型与堰流相交算法计算溃坝最 大流量 ，并基于 四次抛物线 概化方 法得到溃 坝洪水 的流量
过程线 ； 利用洪峰展平法将洪水波概化 为三角形 ，对洪水演进 过程进行模 拟 ，分析 溃 口宽 度和溃 口形态 对洪水 演
进过程 的影 响 ；研究考虑不 同溃坝条件下对溃坝洪水 的到时 、最 大流量 、水 深和洪水 历时等洪 水演进 的主要参 数
强 烈 的破 坏 性 地 震 可 能 造 成 水 库 和 坝 堤 的 溃 决 ，从 而引发 洪 水 造 成 巨 大 的灾 难 性 后 果 。有 详 细史 料 记 载 的 １８ ７ ６年康 定 大 地震 、１ ３ ９ ３年 叠 溪 大
１ 溃 坝 流 量 和 坝 址 洪 水 过 程 线 的 推 求
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类 型 、下 泄 最 大 流 量 、溃 坝 可 泄 库 容 有 关 。为 简 化起 见 ，通 常 用 概 化 典 型 流 量 过 程 线 法来 表 示 溃 坝 洪水 过程 线 ，而工 程上 多采 用 ４次抛 物线 来 概化
溃 坝洪水 过 程线 ， 。 ］
收 稿 日期 ：２ １ ０ ０ ０— ９一Ｏ １ 基 金 项 目 ：科 技 支 撑 计 划 （ ０６ Ａ １ Ｂ ３ ；国家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 ￣ （０ ７ Ｂ １２ ０ ２０Ｂ Ｃ３ ０ ） ｊ ｔ２ ０ Ｃ ７４ ０ ）
测溃坝洪水的传播 、推进 过程 ，实现溃 坝危 害 的 快 速评 估 ，为事 故 早 期 预警 等 提 供 信 息 ，并 对 减
轻 灾 害 、保 护人 民生 命 财 产 安 全 具 有 十 分 重 要 的
意义 。
为 坝前 水深 （ ，采用 校 核水 位 下 坝前 水 深 ；ｂ为 ｍ） 溃 口宽 度 （ ，一般 小 型水 库 取 ｂ为 ， 中型水 库 ｍ） 取 ｂ为 ０６ ．Ｂ一０７ ．Ｂ，大 型 水 库 取 ｂ为 下 游 主 河 槽 宽度 的 １５倍 ；ｇ为重力 加 速度 （ ． ／ ） ． ９ ８ｒ ｓ 。 ｎ
作者简介 ：谢俊举 （ ９ ５一） １８ ，男 ，湖ｊ 鄂州人 ，博士 ，主要从事地震工程学和工程地震学方面 的研究．Ｅｍａ ： ｅｚ ＠ｅａｉｐ ．ｎ Ｅ － ｉ ｗ ｎｐ ｅ． ． ｃ ｌ ｇ
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２ ６卷
溃坝后水库 泄空时 间 ，根 据经验 可用下式
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Ｔ＝ｋｗ （ 一Ｑ ） ／ Ｑ 。。
１ １ 溃 坝最 大流 量 ．
地震
均发 生 了堰塞 湖溃 坝 的惨剧 ，地 震 引 发溃
坝洪 水造 成 巨大 人 员 伤 亡 ，伤 亡 数 据 甚 至 数 倍 于 地震 直 接死 亡 人 数 。２０ ０ ８年 汶川 ８０级 特 大 地 震 ． 引起 山体 滑 坡 ，阻 塞 河 道 ，形 成 了 大 面 积 堰 塞 湖 泊 ｈ ，造 成 ３ ４ ４处 堰 塞 湖 危 险 地 带 。 巨 大 的 堰 塞 湖一 旦 溃 决形 成 洪 峰 ，会 对 下 游 城 镇 造 成 毁 灭 性 破坏 。据 统计 ，我 国有 各 类 水 库 大 坝 ８万 多 座 ， 其 中库 容超 过 １亿 ｍ 的大 型水 库 就 有 ４ ０多 座 ， ０
的快速估算 方法 ，以实现对 地震可能引发不 同溃坝事件危 害性的快速评估 。 关键 词 ：溃坝洪水 ；地 震应 急 ；洪水演进 ；溃坝历时 ；数值模拟 中图分 类号 ： Ｖ ２ ． Ｔ １２ ４ 文献标识 号码 ： Ａ 文章编 号 ： ００— １Ｘ（０ １ ０ ０ ３ ０ １０ ８ １ ２ １ ）２— ０ １— ４
溃坝 洪 水 下 泄 是 一 种 非 恒 定 流 动 过 程 ，其 过
程 线 的确 定 是 非 常 复 杂 的 ，通 过 试 算 和 模 型 试 验 的对 比分 析研 究 表 明溃 坝 洪水 下 泄 过 程 线 与 溃 坝
水 历时 等 洪 水 演 进 的 主 要 参 数 的 快 速 估 算 方 法 ， 以实 现对 地 震 可 能触 发 的 不 同 形 态 溃 坝 事 件 危 害