[發明專利]一種堰塞壩洪水漫頂潰壩過程仿真方法及仿真系統

有效

• 申請號: 202110266327.3
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN113111489B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 趙天龍;付長靜;馬廷森;冼才麟;張川;岳亮
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/00;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔;馬健

發明提供一種堰塞壩洪水漫頂潰壩過程仿真方法及仿真系統。該方法包括獲取堰塞壩及堰塞湖信息數據、循環計算堰塞湖庫水水位、循環計算堰塞壩潰口流量、循環計算堰塞壩潰口尺寸、建立堰塞壩及堰塞湖三維時空數據模型和進行堰塞壩漫頂潰壩過程三維動態顯示等步驟。該仿真系統包括用于接收堰塞壩及堰塞湖信息數據的客戶終端。所述客戶終端包括堰塞湖庫水計算模塊、堰塞壩潰口流量計算模塊、堰塞壩潰口尺寸計算模塊和三維動態可視化模塊。該方法充分考慮堰塞壩的強非均質特性及潰口的水土耦合作用機制，提升堰塞壩洪水漫頂潰壩過程仿真結果的準確性。

技術領域

本發明涉及水利、地質工程災害預測、評價與防控技術領域，特別涉及一種堰塞壩洪水漫頂潰壩過程仿真方法及仿真系統。

背景技術

堰塞壩作為一種特殊的土石壩在國內外分布廣泛且致災后果嚴重，堰塞壩一旦發生潰壩，巨大的洪水會給下游地區帶來毀滅性的災難。據統計，87％的堰塞壩在1年之內即發生潰決，再加上堰塞壩壩體內部往往存在明顯的架空帶和天然滑動面，壩體結構松散，膠結較弱，在余震、降雨及上游水位作用下，壩體容易發生局部失穩或集中滲漏從而出現潰壩險情。基于以上原因，堰塞壩的潰壩風險遠遠高于人工土石壩。

然而，目前堰塞壩漫頂潰壩過程計算，大多套用均質土壩潰壩仿真方法，或在均質土壩潰壩仿真方法的基礎上稍作修改后運用，計算過程未很好地考慮堰塞壩壩體材料強非均質的特點以及堰塞壩潰口水土耦合作用機制，仿真結果難以真實再現堰塞壩洪水漫頂潰壩過程。

因此，針對堰塞壩自身特點，建立適用于堰塞壩洪水漫頂潰壩過程的仿真方法，提高堰塞壩漫頂潰壩過程計算準確性，對于合理指導下游群眾疏散撤離，科學制定應急搶險預案具有重要地實際意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種堰塞壩洪水漫頂潰壩過程仿真方法及仿真系統，以解決現有技術中存在的問題。

為實現本發明目的而采用的技術方案是這樣的，一種堰塞壩洪水漫頂潰壩過程仿真方法，包括以下步驟：

1)獲取堰塞壩及堰塞湖信息數據。其中，所述信息數據包括堰塞壩及堰塞湖的地理空間信息數據、堰塞湖的庫水信息數據、堰塞壩壩體材料參數空間分布數據和計算時間變化率。

2)循環計算堰塞湖庫水水位，得到基于時間序列的堰塞湖庫面高程數據。

3)循環計算堰塞壩潰口流量，得到基于時間序列的堰塞壩潰口流量數據。

4)循環計算堰塞壩潰口尺寸，得到基于時間序列的堰塞壩潰口尺寸數據。其中，所述堰塞壩潰口尺寸數據包括潰口位置、潰口頂部寬度、潰口底部寬度、潰口兩側邊壁坡比和潰口底部高程。

5)對步驟2)、3)和4)所獲得的計算結果進行輸出。

6)對步驟5)輸出的數據結果進行解譯。

7)讀取堰塞壩及堰塞湖初始地理空間信息數據，結合步驟6)解譯的堰塞湖庫水水位、堰塞壩潰口流量和堰塞壩潰口尺寸，建立堰塞壩及堰塞湖三維時空數據模型。

8)基于步驟7)所得堰塞壩及堰塞湖三維時空數據模型，建立堰塞壩及堰塞湖三維時空實體模型，進行堰塞壩漫頂潰壩過程三維動態顯示。

進一步，所述堰塞壩及堰塞湖的地理空間信息數據包括堰塞壩庫區及壩區的地形資料、堰塞壩庫區及壩區的航測影像資料、數字高程資料和堰塞壩壩體外形尺寸。所述堰塞壩壩體外形尺寸包括壩高、頂寬、上下游邊坡坡比、壩軸線長度和大壩順河向長度。

所述堰塞湖的庫水信息數據包括堰塞湖初始水面高程、堰塞湖任一水位及其所對應的庫容數據、堰塞湖入庫流量、堰塞壩潰口流量數據和堰塞湖庫容信息。

所述堰塞壩壩體材料參數空間分布數據包括堰塞壩壩體材料不同空間位置的級配、曼寧系數、孔隙率、比重、黏聚力、內摩擦角、壩料起動系數和無因次啟動剪應力。