基于Monte-Carlo方法的施工导流系统综合风险分析

施工期导流动态风险不仅与水文不确定性、水力不确定性有关,而且与坝体施工进度及其完工工期的不确定性有关。以风险分析为核心,将各种不确定性因素耦合起来研究施工导流系统的综合风险,提出施工进度计划风险分析模型和假定坝体施工进度确定条件下的施工导流风险分析模型,在此基础上,建立基于Monte-Carlo方法全面考虑水文水力不确定性以及施工进度不确定性的施工导流系统综合风险分析模型。实例分析说明,该施工导流系统综合风险研究方法和分析模型是可靠的、适用的。     

基于Monte-Carlo方法的土石围堰挡水导流风险分析

运用Monte-Carlo方法模拟施工洪水入库过程和导流建筑物泄流的随机性,通过仿真分析确定上游围堰堰前水位变化过程及其分布函数.在此基础上,根据导流建筑物的设计规模确定导流系统的风险.通过实例验证分析说明,研究方法和计算模型是可靠的、适用的.     

单一水库泄洪风险分析模式和计算方法

提出了考虑调洪作用情况下单一水库泄洪布置方案的可靠度和风险分析模式及计算方法。对不考虑调洪的泄洪风险模式从理论上进行了拓展。初步分析了国内外大坝应承担的风险目标值。提出了以风险分析为基础的水库设计洪水标准选择,为合理确定泄洪布置方案及节约工程投资提供了一条较好的途径。本模式可以用于任何单一水库泄洪风险分析,同时为梯级水库泄洪布置方案的可靠度及风险分析奠定了基础。     

动态实时洪水风险分析及管理系统

当前洪水风险分析按照典型设计标准洪水进行计算的模式难以满足实际防洪管理需要,为了提高洪水风险分析的实时性以及适应洪水演进的动态性,设计了动态实时洪水风险分析框架。在本框架中,先采用一维和二维动态耦合水动力学数值方法耦合溃堤模型,然后在樵桑联围防洪保护区建立洪水演进模拟模型,通过灵活处理模型计算边界条件以及动态设置溃堤功能,计算不同设计标准洪水发生时,堤防出现单一溃口或者组合溃口后保护区内洪水演进过程。按照上述框架开发了樵桑联围动态实时洪水风险图编制与管理应用系统,并利用历史洪水资料开展模型验证,验证结果表明,2008-06洪水马口站、三水站、大熬站、甘竹（一）站的实测最高水位和模型计算最高水位的绝对误差分别为-0.10、0.10、0.09、0.04 m,均满足洪水模拟精度要求。利用模型计算了西江发生200年一遇的洪水情况下,江根堤防出现溃口后的洪水流量及溃口内外洪水水位变化过程,模拟溃口宽度168 m,最大溃口洪水流量达到5 190 m³,分析了堤防溃决后3、6和24 h洪水漫延导致村落淹没情况,结果表明其满足合理性分析。     

基于贝叶斯网络的梯级水库连溃风险

为研究梯级水库漫坝连溃的风险,并探索贝叶斯网络在水库连溃风险分析中的可行性,通过构建洪水作用下双库连溃的贝叶斯网络模型,并选取四川省大渡河上两相邻梯级水库进行分析,以推求水库漫（溃）坝概率及评估连溃风险。分析过程表明贝叶斯网络方法能直观、简便地分析多风险源共同作用下的水库群连溃风险问题。结果表明,两水库天然洪水漫坝条件概率的数量级均为10-6,洪水引发单库漫坝风险较小;正常蓄水位以上,上游水库溃坝洪水致下游水库漫坝条件概率超0.8,即上游水库溃坝导致水库连溃的风险很大。     

高拱坝施工初-中期导流风险模型及应用

面向工程设计阶段,采用高拱坝施工动态仿真技术获取施工初-中期挡水度汛面貌数据,综合考虑水文、水力随机性因素,构建高拱坝施工初-中期导流风险模型,提出采用Monte Carlo方法耦合挡水度汛面貌数据和主要随机因素进行风险模型求解的方法。基于风险分析原理提出了导流洞设计的风险判别方法,给出导流洞尺寸设计优化的数学模型和具体步骤。通过金沙江上游某高拱坝工程案例分析的结果表明:所提风险模型及求解方法是适用的、有效的,该模型能够得到整个施工初-中期导流风险率,较为客观地反映高拱坝施工中期度汛可能存在的两种挡水情况,克服了初期导流风险模型的局限性;施工中期导流风险率随导流洞尺寸增大而减小,导流洞尺寸设计的可行方案集存在界限,即优化方案。研究成果可为高拱坝施工导流的风险决策和设计优化提供理论支撑。     

基于最大熵原理和属性区间识别理论的洪水灾害风险分析

针对复杂洪水灾害系统中随机、模糊、灰色等各种不确定性,结合洪水灾害风险管理广义熵智能分析的理论框架,以最大熵原理和属性区间识别理论为基础,建立了基于最大熵原理的洪水灾害风险属性区间识别模型(AIRM-POME),利用梯形模糊数和层次分析法相结合的方法确定评价指标权重,采用均化系数综合AIRM-POME计算得到的属性测度区间,由置信度准则和特征值公式对各评价单元进行危险、易损等级的评定和排序,并根据联合国对自然灾害风险的定义及其定量表达式给出风险等级。将模型应用到荆江分洪区洪水灾害风险分析中,实例研究表明,模型合理可靠,深层次地刻画了各种不确定性,是一种风险分析新方法,可推广应用到其他自然灾害的风险分析中。     

梯级水电开发对大通河流域洪水过程的影响分析

应用大通河流域实测洪水资料和水利普查数据,定性和定量分析了梯级水电开发对流域洪水过程和洪水特征的影响,建立了梯级水电站数量与洪水涨落率、涨落频次的数学关系模型。结果表明:随着流域水电站数量的增多,洪水过程变化频繁,洪水涨落率增大,涨落频次增多;梯级水电开发使流域最大洪峰流量增大了19.7%~21.5%,最大洪峰传播时间减少了6.1%,而对次洪水总量的影响较小。研究水文过程受人类活动的影响规律,对加强流域水电站统一调度、水能水资源可持续利用和水生态文明建设具有十分重要的意义。     

基于力学过程的蓄滞洪区洪水风险评估模型及应用

为定量评估分蓄洪工程启用过程中蓄滞洪区的洪水风险等级,创建了基于力学过程的蓄滞洪区洪水风险评估模型。该模型采用二维水动力学模块计算蓄滞洪区的洪水演进过程,利用洪水中人体跌倒失稳公式及洪水中房屋、农作物损失的计算关系式,评估各类受淹对象的洪水风险等级。然后将二维水动力学模块计算的洪水要素与两个物理模型试验值进行对比,表明二维水动力学模块的计算精度良好。最后计算了荆江分洪工程启用时分洪区内洪水的演进过程,并评估洪灾中群众的危险等级和财产损失。计算结果表明:洪水演进至140 h时,蓄滞洪区群众、房屋、水稻和棉花的平均损失率分别为85%、59%、63%和72%。模型中提出的采用基于受淹对象失稳机制的洪水风险分析方法,比以往经验水深法划分风险等级的适用性更好,不仅能为洪水风险管理及蓄滞洪区启用标准制定提供参考,也能推广应用于溃坝或堰塞湖溃决等极端洪水风险评估。     

三峡区间入库洪水实时预报系统研究

三峡区间的数字流域水系模型采用基于格网型的数字高程模型坡面流模拟方法和处理"洼地"的最短流程法构建,并以新安江模型为基础建立具有诸多特点的三峡区间流域水文模型;以水动力学理论为基础建立考虑水利工程影响的河川型水库洪水演进模型,并实现这两者的有机耦合。在GIS平台上,将三峡区间流域水文模型、库区洪水演进模型和流域水系生成模型在底层集成,研制了功能先进和完善的三峡水库实时洪水预报系统。该系统已安装在三峡总公司梯级水库调度中心,投入试运行。     

Opportunities and eco-environmental influence of cascade hydropower development and water diversion projects in Hanjiang river basin

Hanjiang river is the longest river in Yangtze river basin, having high economic importance to China for its economically exploitable hydropower and potential water resources. In an attempt to satisfy China’s economic and social development needs, the Chinese government has established cascade dams and four relative water diversion projects in Hanjiang river, which aims at transferring water from south (Hanjiang river) to north (water-stricken areas). However, there are increasing eco-environmental concerns associated with the establishment and development of cascade hydropower. In this study, the opportunities and eco-environmental influences related to Hanjiang river’s cascade hydropower development are explored and then recommendations are put forward to minimize the potential impacts. The implementation of vigorous projects related to hydropower and water diversion has an important role to play in solving flood, energy and water shortage problems. In addition, the eco-environmental and socio-economic impacts on the middle and downstream and its diversion can be relieved to some degree in the area. However, the establishment of projects can cause several impacts on the local eco-environment. First, Danjiangkou reservoir construction can cause change in water flow, water bloom, soil erosion in the river basin. Second, it can directly lead to the decrease of 10.5 billion cubic meters of water in the middle- and downstream areas, threatening the local supply of drinking water and influencing farming irrigation and industrial production. Finally, the construction of cascade hydropower dams can change the water form and fish stocks may reduce threatening eco-environment security and environmental geology.     

锦屏二级水电站引水隧洞爆破开挖损伤特性研究

爆破开挖导致的围岩损伤是围岩稳定性的重要影响因素。采用数值分析及现场检测的方法研究了锦屏二级引水隧洞岩体爆破开挖损伤特性。数值模拟结果表明,引水隧洞开挖引起的围岩应力重分布是围岩损伤的主要原因,爆炸荷载和应力重分布的耦合作用将增大引水隧洞围岩损伤区范围,增大的损伤深度可达1.5 m,考虑开挖荷载瞬态卸荷动态损伤效应的损伤区范围最大,较单独考虑围岩地应力准静态重分布所导致的损伤深度可增大1.9 m,平均损伤深度增大近1倍。现场检测成果较好地验证了数值模拟结果,表明爆破开挖可显著增大围岩的损伤范围。锦屏二级水电站引水隧洞开挖过程中,不可忽视爆炸荷载及开挖瞬态卸荷对围岩的损伤作用。     

大通河流域水能水资源开发对河流水文过程和环境的影响

根据水文观测和引水与水电开发资料,分析了大通河流域水能水资源开发利用现状及其对河流水文过程与生态环境的影响.结果表明：由于区域用水和跨流域引水,使大通河中下游河道的水量减少,水环境容量减小,其中,青石嘴、天堂、连城(二)站3-11月平均流量分别减少0.6%~9.6%、0.5%~3.8%、1.7%~52.9%. 自1994年引大入秦工程建成跨流域引水后,连城(二)站年径流量开始减少,1994-2010年平均径流量比1977-1993年减少了5.7%;引大济湟工程建成通水后,加上引大入秦和引硫济金工程,引水总量将达到12.33×10⁸ m³,占大通河多年平均径流量28.16×10⁸ m³的43.8%,对河川径流的影响十分显著. 至2011年,大通河上已建成梯级电站34座,洪水期电站同时泄水会瞬间加大河道流量,枯水期蓄引水又使减水河段水量减少. 梯级水电站群无序蓄放水使洪水过程由天然的平稳状态转变为人工干预的剧烈变化状态,上下游洪峰不对应,对下游地区的防洪安全产生极大威胁. 过度的水能水资源开发,使大通河中下游部分自然河段出现淹没、断流,水生物和两岸的植物萎缩,水环境污染加重,对生态环境产生负面影响. 建议实行流域水资源统一管理,对梯级电站下泄水量统一调度,在减水河段预留必须的生态基流,确保河道内外生态用水;加强河道水位、流量、泥沙、水环境、水生物监测,为流域防汛、水资源管理、生态环境保护等提供决策依据.     

深埋长引水隧洞对电站下游水温的影响

引水式水电站深埋长引水隧洞对电站下游水温的影响直接关系到下游水生物生境.采用k-ε模型,结合能量传输方程建立了引水隧洞三维水温预测模型,并在利用原型观测资料验证模型的基础上,对拟建的锦屏二级引水隧洞的水温进行了预测.预测结果表明,由于雅砻江上拟建的锦屏二级隧洞洞径与过流量较大,水流在隧洞内滞流时间短,水温升高不明显.由于模型采用隧洞实际空间布置数据,建立包括混凝土衬砌区域在内的三维空间计算域,同时考虑温度场与流场的相互影响,实现了对温度场的精确模拟,从而可为水电站设计和水生物保护提供科学依据.     

天生桥二级水电站灌浆质量物探评价方法及效果分析

天生桥二级水电站由于引水隧洞较长,穿越地层、岩溶,地质构造十分复杂,因此,对不良地质洞段除采取加强衬砌、桩基础等设计处理方案外,还对围岩实施高压固结灌浆处理,以加固围岩稳定.灌浆质量采用压水试验和综合物探手段检测..笔者就引水发电隧洞特殊洞段物探检测工作独特的设计思路、资料处理方法和对灌浆效果的评价方法及结果进行了介绍.     

老虎嘴水电站右坝肩边坡稳定性研究

岩土高边坡稳定性问题一直是水电工程研究的重难点之一。本文以老虎嘴水电站右坝肩边坡稳定性作为研究对象,针对边坡卸荷显著、节理发育、施工安全稳定问题突出的特点,采用数值分析软件FLAC3D,结合点安全系数法,对天然情况、导流洞泄洪洞开挖工况、边坡分级开挖分级加固工况以及开挖完成后降雨工况等不同状况下的相应稳定性问题进行了分析研究。结果表明,老虎嘴水电站右坝肩边坡在无支护加固状况下稳定性较低,不能保证施工期的安全,但在严格分级加固后各工况处于稳定状态,满足工程设计标准下的工程稳定要求。     

Risk assessment and mitigation for the Hongshiyan landslide dam triggered by the 2014 Ludian earthquake in Yunnan,China

An Ms 6.5 earthquake shocked the Ludian County, Yunnan Province, China, on 3 August 2014 and triggered the Hongshiyan landslide dam. The dam, with a height of 83 m and a lake capacity of 260?×?10⁶ m³, threatened more than 10,000 people. A unique feature of this landslide dam was that it formed between a man-made dam and a hydropower plant. An existing drainage tunnel connecting the lake and the hydropower plant became a natural drainage conduit for the landslide dam, which played an important role in the mitigation of the landslide dam risks. This paper reports a quantitative risk assessment for the Hongshiyan landslide dam considering both engineering and non-engineering risk mitigation measures. The risk assessment is divided into three stages according to the implementation of two engineering measures: construction of a diversion channel and excavation of a branch drainage tunnel. The dam breaching hydrographs, flood zones, population at risk, and likely fatalities in each of the three stages are analysed. The optimum evacuation strategy in each stage is also studied based on the principle of minimum total consequence. It is found that the diversion channel decreases the dam breaching peak discharge and the associated risks significantly. The branch drainage tunnel prevent the landslide dam from overtopping failure in non-flooded period; however, the landslide dam may fail by overtopping in a future flood if the inflow rate is larger than the outflow rate through the drainage tunnels, resulting in serious losses of lives and properties. The dam breaching risks in all the three stages could be largely reduced by the optimal evacuation decision, which shows that timely evacuation is vital to save life and properties. The study provides a scientific basis for decision making in landslide dam risk management.     

澜沧江流域(云南段)水资源开发利用现状及趋势分析

澜沧江是一条国际河流,其中云南段自然资源丰富,水文、地理及气候特征独特。目前该流域水资源开发利用程度较低,仅有少量的灌溉面积,干流也仅建成了一个径流式水电站。作为我国西南地区的重要水电能源基地,流域的进一步开发将集中于水电、航运和农业灌溉。其开发方式具有立体开发、电力先行和国际合作开发等特点。