[發明專利]一種確定梯級水庫群連續潰壩風險分析方法

在審

• 申請號: 202011246134.3
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112749475A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 周建平;周興波;陳祖煜;杜效鵠;于沭;王琳;王雙敬;高潔;張強
• 申請（專利權）人: 中國電力建設股份有限公司;水電水利規劃設計總院;中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/06;G06Q50/08;G06Q50/26;G06F111/10
• 代理公司: 北京智橋聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11560
• 代理人: 張衛武

本發明公開了一種梯級水庫群連續潰壩風險分析方法。該方法包括潰口洪水計算、潰壩洪水演進、漫壩風險分析三大模塊，從風險量化與預警預防角度，提出了解決梯級水庫群連續潰壩洪水形成、演進及其風險分析的技術方法。潰口洪水計算采用寬頂堰公式估算潰口流量過程，采用雙曲線模型模擬潰口沖刷侵蝕過程，采用簡化的Bishop法計算潰口擴展過程；潰壩洪水演進基于HLL格式的數值差分方法，采用中心格式的有限體積法進行計算；漫壩風險分析采用基于時間微元的方法，逐時段地聯立求解水量平衡方程和水庫的蓄泄方程。本發明能夠快速分析評估流域梯級水庫群中的堰塞壩、土石壩、混凝土壩等連續漫頂或潰壩的風險，為提高應急搶險工作效率，快速制定搶險處置方案提供技術支撐。

技術領域

本發明涉及水利水電工程領域，是一種梯級水庫群連續潰壩風險分析方法，是一種流域連續潰壩洪水風險分析和數值計算技術，可為梯級水工建筑物風險設計、梯級水庫群安全管理、流域中堰塞湖應急處置、梯級水電站應急管理、防洪度汛方案制定提供定量的技術支撐。

背景技術

梯級水庫群是河流水資源開發的基本形式，更是大規模水能資源開發的必然選擇。我國已建成各類水庫大壩超過9.8萬座，形成一系列水庫群。這些水庫群在防洪減災、提供清潔電力、保障生態安全以及節能減排等方面，發揮了不可替代的作用，但如若由于不可抗力導致梯級連潰事故，其后果損失也是極其慘重。目前，單一梯級潰壩的研究成果較多，但分析多座梯級水庫群連續潰壩風險的研究成果較少。暴雨洪水、地震、滑坡賭江等災害事件對流域梯級水庫群構成極大的連續潰決風險，如2014年牛欄江流域的紅石巖堰塞湖、2018年金沙江上游的白格堰塞湖，均對下游梯級水庫群或水電站造成極大威脅。

現有潰壩數值計算方法，多采用簡單的數學模型模擬潰壩過程，未考慮潰壩的物理機制，無法更切合實際地模擬潰壩洪水過程，且未形成系統的梯級水庫群連續潰壩風險分析方法，無法快速分析下游梯級水庫漫壩或潰壩風險；或而采用復雜的高性能數值計算方法計算潰壩洪水演進，對地形、河道形態等基礎數據精度要求較高，且計算耗時長，無法滿足流域應急搶險工作的實際需要。

發明內容

本發明根據流域梯級水庫群應急搶險工作需要和現有技術的不足，提供一種梯級水庫群連續潰壩風險分析方法，該方法集成潰口洪水計算、潰壩洪水演進、漫壩風險分析三大模塊，從風險量化與預警預防角度，提出了解決梯級水庫群連續潰壩風險分析的技術方法，為快速制定搶險處置方案，提高應急搶險工作效率，確保處置科學有效提供了技術支撐。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種梯級水庫群連續潰壩風險分析方法，所述梯級水庫群包括至少兩座或以上水庫大壩，所述梯級水庫群連續潰壩風險分析方法步驟如下：

1)選定連續潰壩風險分析對象。根據本發明需在同一河流自上而下依次選定至少兩座或以上梯級水庫大壩為連續潰壩風險分析對象。

2)基礎數據收集與確定。根據本發明計算分析要求，梯級水庫群連續潰壩風險分析需要收集梯級水庫庫容—水位關系曲線和數據、壩體幾何特征參數、入庫流量、起調水庫水位、泄洪能力曲線和數據，相鄰梯級水庫之間的河道坡降、糙率、幾何形狀參數，確定潰口沖刷侵蝕參數、潰口擴展參數、洪水演進計算時間步長等。

3)潰口洪水計算。根據本發明提出的潰口水流模型、潰口沖刷侵蝕模型和潰口幾何擴展模型，確定潰口洪水流量過程和峰值流量。

4)潰壩洪水演進。根據本發明提出的基于HLL格式的數值差分方法，采用中心格式的有限體積法，進行潰壩洪水演進計算，確定洪水演進至下游梯級水庫的流量過程和相應的時間。

5)漫壩風險分析。根據本發明集成的調洪分析模型，計算分析是否存在漫頂連續潰壩的可能。

上述技術方案中，優選地，3)潰口洪水計算的潰口水流模型是在水量平衡的基礎上，采用寬頂堰公式進行估算，即