潰口

數(shù)值分析方法模擬潰口流量過(guò)程和潰口尺寸演化過(guò)程是預(yù)測(cè)潰壩過(guò)程的有效手段。目前常用的潰壩過(guò)程數(shù)學(xué)模型可分為經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃突跐Q機(jī)理的模型[5-7]。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵话阃ㄟ^(guò)考慮壩體形態(tài)、水庫(kù)特征、壩料特性等信息，基于回歸分析或機(jī)器學(xué)習(xí)方法建立經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式，獲取潰壩時(shí)的潰口峰值流量、最終潰口尺寸和潰壩歷時(shí)等潰壩參數(shù)[5]。但經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜔o(wú)法獲取潰壩時(shí)的潰口流量過(guò)程和潰口發(fā)展過(guò)程?；谕潦瘔螡Q機(jī)理的潰壩過(guò)程數(shù)學(xué)模型[8-14]，一般采用寬頂堰流或孔流公式模擬漫頂或滲透破壞潰壩

滲透破壞過(guò)程中的潰口形成及發(fā)展機(jī)理開展試驗(yàn)研究，以期為堰塞體滲透穩(wěn)定分析及致災(zāi)后果評(píng)價(jià)提供試驗(yàn)基礎(chǔ)及理論支持。1 試驗(yàn)概況1.1 試驗(yàn)設(shè)備堰塞體滲透破壞潰決試驗(yàn)在變坡試驗(yàn)水槽上進(jìn)行，水槽尺寸為26.50 m×0.40 m×0.40 m（長(zhǎng)×寬×高），水槽由主體鋼架、玻璃槽身、回水系統(tǒng)和測(cè)量控制系統(tǒng)組成，全通透高強(qiáng)度槽身且邊界可調(diào)，整體尺寸精度可達(dá)到±0.2 mm；基于變頻技術(shù)的供回水控制系統(tǒng)，可生成任意流量-時(shí)間函數(shù)關(guān)系的連續(xù)非恒定流過(guò)程；先進(jìn)的非接觸式自

賴參數(shù)少(主要是潰口附近參數(shù),如堰頭、流速等)、所用參數(shù)相對(duì)容易測(cè)量或估算,一直以來(lái)受到學(xué)界的高度青睞,近年來(lái)更有了新的發(fā)展方向[8-9]。該方法是以潰口某斷面平均水深為核心參數(shù),將潰口平均流速折算為平均水深,實(shí)現(xiàn)了堰流公式的推導(dǎo)。S．E．COLEMAN等[10]將壩體上坡面與潰口入口交線最高點(diǎn)連接成的弧狀斷面,并命名為“breach crest”,將該斷面弧長(zhǎng)和水深考慮成時(shí)間函數(shù),建立了一個(gè)可用于計(jì)算潰口流量的公式;M．AI-RIFFAI[8]將“bre

左岸曙四聯(lián)段發(fā)生潰口險(xiǎn)情，潰口寬度從20 m發(fā)展到52 m，通過(guò)應(yīng)急搶險(xiǎn)隊(duì)伍晝夜努力，最終于8 月6 日18 時(shí)20分潰口成功合龍。1 潰口搶險(xiǎn)無(wú)人機(jī)應(yīng)用（1）機(jī)型。執(zhí)行潰口險(xiǎn)情監(jiān)測(cè)任務(wù)的無(wú)人機(jī)包括多旋翼無(wú)人機(jī)和垂直起降固定翼無(wú)人機(jī)。（2）載荷無(wú)人機(jī)掛載載荷類型包括可見光相機(jī)和熱成像相機(jī)。（3）執(zhí)行任務(wù)情況。經(jīng)過(guò)6 天5 夜搶險(xiǎn)，繞陽(yáng)河左岸曙四聯(lián)段潰口順利封堵。無(wú)人機(jī)在前線指揮調(diào)度和封堵作業(yè)中發(fā)揮了重要作用，無(wú)人機(jī)執(zhí)行任務(wù)情況如表1所示。表1 無(wú)人機(jī)執(zhí)行任

料性質(zhì)將顯著影響潰口發(fā)展和潰決流量過(guò)程，進(jìn)而影響堰塞壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和應(yīng)急處置。現(xiàn)有關(guān)于堰塞壩潰決的研究主要分為3個(gè)方面：統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)。統(tǒng)計(jì)分析方面，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者建立了全球范圍內(nèi)的堰塞壩數(shù)據(jù)庫(kù)，調(diào)查統(tǒng)計(jì)了堰塞壩的成因、地點(diǎn)、材料組成、幾何形態(tài)、結(jié)構(gòu)類型、破壞模式等信息，并提出堰塞壩潰決參數(shù)的快速評(píng)估模型，如Peng[4]、Costa[5]、年廷凱[6]等。統(tǒng)計(jì)分析方法可以快速估算最終潰口尺寸和峰值流量，但無(wú)法定量分析沖刷機(jī)理和潰決過(guò)程。數(shù)值模擬

潰堤后穩(wěn)定狀態(tài)的潰口分洪特性。陸靈威等[9-10]開展了大型水槽模型試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)量整個(gè)潰決區(qū)域的水位、流場(chǎng)變化，探究了潰堤洪水在洪泛區(qū)及河道內(nèi)的實(shí)時(shí)傳播特性。張曉雷等[11]在試驗(yàn)中考慮河槽形態(tài)，分析了潰堤后灘槽內(nèi)的水位變化特性及灘區(qū)內(nèi)的洪水波傳播過(guò)程，并基于數(shù)值模擬分析了灘區(qū)糙率對(duì)水流演進(jìn)過(guò)程的影響。基于物理模型試驗(yàn)結(jié)果，理解潰口形態(tài)的演變過(guò)程及其對(duì)水流要素的響應(yīng)規(guī)律尤為重要。余明輝等[12]探究了非黏性土土堤潰決過(guò)程中潰口形態(tài)的變化規(guī)律及其與流量、材料

兩種類型，一種如潰口形狀隨時(shí)間等指數(shù)變化的DAMBRK 模型，另一種如OSMAN 的侵蝕崩塌模型，前者主要以經(jīng)驗(yàn)公式的方法模擬潰決形態(tài)，并且DAMBRK 軟件的主要目的是為了分析洪水演進(jìn)問(wèn)題，潰口形態(tài)變化模擬分析方面缺乏足夠的理論支持；而后者的侵蝕崩塌理論，它從應(yīng)力層面出發(fā)，考慮潰口側(cè)向和豎向的侵蝕深度，再應(yīng)用極限平衡理論進(jìn)行潰口處邊坡的穩(wěn)定分析，從理論層面上說(shuō)更有說(shuō)服力，但OSMAN的侵蝕崩塌模型，考慮的外界受力條件比較簡(jiǎn)化，它僅僅考慮了崩塌土體的重力和

、底面長(zhǎng)度、初始潰口深度及上游來(lái)流量，結(jié)果表明，上游流量和壩體本身結(jié)構(gòu)對(duì)潰決過(guò)程起到關(guān)鍵影響。楊陽(yáng)等初步考慮了入庫(kù)流量的影響，指出隨著入庫(kù)流量的增大，峰值流量的到來(lái)時(shí)間會(huì)提前且峰值流量曲線較“尖瘦”。Zhou等對(duì)寬級(jí)配堰塞壩潰決過(guò)程開展了試驗(yàn)，研究了上游來(lái)流量對(duì)潰決過(guò)程中的流量起漲過(guò)程和峰值流量等的影響。張建楠等通過(guò)試驗(yàn)研究得出，在初始來(lái)流量較小時(shí)增加入庫(kù)流量，峰值流量增加比重較小，意味著上游來(lái)流量在一定程度內(nèi)的變化對(duì)峰值流量的影響相對(duì)其他因素較小。此外，

條件等[11]，潰口的發(fā)展最終靠土體強(qiáng)度或抗沖性來(lái)決定，這與堤防組成材料和土體壓實(shí)度及含水率有關(guān)[12-13]。已有的潰堤試驗(yàn)分析了影響潰堤過(guò)程的不同因素，按照一定的規(guī)律將潰堤過(guò)程分成不同的階段，主要分為垂向侵蝕和側(cè)向侵蝕兩部分[14-18]。此外，黃河堤防在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)[19]之前存在很多問(wèn)題，其中大多是民堤，具有較低的安全性，在凌汛期發(fā)生潰堤事故將造成十分嚴(yán)重的后果。目前針對(duì)冰水動(dòng)力作用下潰堤過(guò)程的研究較少，由于冰凌的存在，潰堤的危險(xiǎn)程度大大增加，潰

水條件下松滋江堤潰口流量示意圖Fig.1 Discharge at Songzi River breach in design flood condition2 潰口分流過(guò)程在設(shè)計(jì)洪水條件下，當(dāng)枝城入流量超過(guò)67 705 m3/s后，松滋江堤沿線水位開始達(dá)到設(shè)計(jì)洪水位，設(shè)定潰口開始潰決。涴市橫堤、新華垴、靈鐘寺3個(gè)潰口流量變化如圖1所示。潰決發(fā)生后，隨著潰口的發(fā)展，潰口流量迅速增加，約至2 h達(dá)到最大值。隨后流量趨于平穩(wěn)，流量大小與外江水位變化一致。總體來(lái)

大，會(huì)反過(guò)來(lái)加劇潰口的沖深和擴(kuò)寬。朱勇輝等[7]和羅優(yōu)等[14]的試驗(yàn)研究也證明了這一點(diǎn)。石國(guó)鈺等[15]基于長(zhǎng)江和漢江的堤防潰口拓寬實(shí)測(cè)資料，研究了堤防潰口的變化規(guī)律。Dhiman等[16]通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)黏性土堤壩潰決過(guò)程取決于堤前蓄水量、堤體幾何特征、含水率和壓實(shí)度等因素。部分學(xué)者對(duì)加冰條件下的水流運(yùn)動(dòng)也進(jìn)行了研究，F(xiàn)u等[17-18]通過(guò)真冰試驗(yàn)，總結(jié)了冰的堆積特性及堆積后對(duì)上游水流的影響。Peters等[19]搭建水槽模型試驗(yàn)，重點(diǎn)關(guān)注岸冰冰蓋下的水

采用源項(xiàng)法耦合了潰口演變模型DB-IWHR與基于GPU加速技術(shù)的二維水動(dòng)力模型，將耦合模型應(yīng)用于土石壩和堰塞壩潰決模擬，所得結(jié)果與實(shí)測(cè)吻合較好[8]。本次采用應(yīng)用廣泛的MIKE一維和二維水動(dòng)力學(xué)模型，將其應(yīng)用到南淝河超標(biāo)準(zhǔn)洪水風(fēng)險(xiǎn)中，用于模擬潰口洪水和洪水淹沒過(guò)程，為預(yù)案編制提供技術(shù)支撐。1 模型構(gòu)建1.1 MIKE 11南淝河干流于董鋪水庫(kù)壩下，經(jīng)合肥市區(qū)左納四里河、板橋河來(lái)水，穿屯溪路橋至河上口左納二十埠河來(lái)水，至三汊河口左納店埠河來(lái)水，折西南流，于施

位進(jìn)行沖刷，形成潰口，潰口逐漸擴(kuò)展，最后導(dǎo)致壩體破壞的潰決方式。重力壩和拱壩的潰決方式主要為瞬時(shí)整體潰決和瞬時(shí)局部潰決，而土石壩的潰決方式一般為逐步潰決。按照逐步潰決的成因來(lái)分，逐步潰決可分為漫頂潰決和管涌潰決[5-6]。目前，大壩潰決機(jī)理研究的模型已取得一系列成果，DMBRK模型[7]、MIKE 11 DB模型[8]、BEED模型[9]、BREACH模型[10-11]都可用來(lái)對(duì)大壩潰決進(jìn)行計(jì)算分析。本文采用BREACH模型對(duì)某土壩潰壩過(guò)程中的潰口流量、上

嚴(yán)重，特別是堤壩潰口對(duì)當(dāng)?shù)厝罕姷纳?cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅[1]。雖然我國(guó)在理論研究和抗洪搶險(xiǎn)實(shí)踐中積累了豐富的堤壩潰口堵復(fù)技術(shù)[2]，但是面對(duì)落差大、流速高的大江大河干流潰口，現(xiàn)有的技術(shù)仍舊難以迅速堵復(fù)。上述潰口不能迅速堵復(fù)的主要原因是向潰口中拋投的物體難以迅速生根和擴(kuò)散[3]。基于此，此次研究基于河工臨河火箭推進(jìn)技術(shù)，利用向潰口的關(guān)鍵部位釋放帶索火箭錨，利用火箭的機(jī)動(dòng)性、超強(qiáng)推力和鉆地功能，構(gòu)建火箭陣列錨，實(shí)現(xiàn)鋼網(wǎng)石籠聯(lián)合體的多通道快速投送，進(jìn)而開發(fā)出快

，且主要研究的是潰口縱剖面的演化歷程，并沒有深入研究潰口橫剖面的展寬情況(Froehlich et al.，1995； 蔣先剛等， 2016； Jiang et al.，2018a； Zhou et al.，2019)。而潰口橫剖面展寬歷程是堰塞壩潰決歷程的重要組成部分，因此對(duì)潰口展寬歷程進(jìn)行研究是深入了解堰塞壩潰決歷程的重要環(huán)節(jié)。目前對(duì)潰口展寬歷程的研究較少，且多是研究某個(gè)斷面的展寬情況，無(wú)法體現(xiàn)潰口沿程的展寬特征(Coleman et al.，2011

在歷史上深受堤防潰口帶來(lái)的巨大災(zāi)難。堤防作為約束河流的最重要工程手段，被廣泛用于保護(hù)河流兩岸的居民和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。然而由于技術(shù)和自然地理?xiàng)l件限制，并不能保證堤防在任何上游來(lái)流流量下的絕對(duì)安全。當(dāng)上游來(lái)流超過(guò)堤防的抵御能力，或在汛期搶險(xiǎn)不當(dāng)，都會(huì)導(dǎo)致堤防出現(xiàn)潰口[2]。因此，研究潰堤水流規(guī)律，會(huì)對(duì)潰堤災(zāi)害的預(yù)防和處理提供重要的參考價(jià)值。堤防潰口附近的水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律極其復(fù)雜，在模型試驗(yàn)方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)潰口的水力模型試驗(yàn)展開了諸多研究。SOARES-FRAZO等

的一些典型漫壩、潰口工作中存在的問(wèn)題，進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)方案，最后通提出一個(gè)解決辦法，為洪水和險(xiǎn)情出來(lái)給出了一個(gè)建議和意見。關(guān)鍵詞：漫壩;潰口;模塊化;搶險(xiǎn);運(yùn)用;石料制品每到雨季中國(guó)防洪防汛期為每年4月至11月其中7月和8月為主汛期跨時(shí)跨流域都很長(zhǎng)，隨著全球氣候變暖氣候變化更加極端自然災(zāi)害出現(xiàn)更加頻繁且比以往都要嚴(yán)重，中國(guó)有黃河、長(zhǎng)江、珠江流域廣且水患嚴(yán)重每年都會(huì)發(fā)生潰壩現(xiàn)象特別是1996年1998年以及今年2020年潘陽(yáng)湖、洞庭湖水位不斷升高各

民港郭家灣段發(fā)生潰口，情況緊急！”潘龍菊匆忙掛斷電話，穿上濕漉漉的衣服馬不停蹄地趕往潰口處。搶險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)，年近50的潘龍菊和其他男同志一樣，8米長(zhǎng)的鋼管往肩上一放，背起就走，裝土、背土、扛木樁樣樣不比男人差……此時(shí)她忘記了自己全身早已被雨水和汗水濕透，忘記了自己是個(gè)弱女子，像個(gè)“女漢子”一樣在戰(zhàn)斗。盡管體力不支，卻一直堅(jiān)持到下午18時(shí)潰口成功封堵。現(xiàn)場(chǎng)參與潰口封堵的民兵感慨道：“潘龍菊真的是巾幗不讓須眉，潰口處只看到她瘦小的身影穿梭在搶運(yùn)物資中?！?日凌晨1點(diǎn)

分析研究得出潰壩潰口瞬時(shí)的最大流量 、流量過(guò)程線的簡(jiǎn)化計(jì)算方法，適用于河道型水庫(kù)、湖泊水庫(kù)的潰壩計(jì)算。謝任之[4]通過(guò)公式推導(dǎo)給出瞬時(shí)全潰、局部潰、逐漸潰的潰壩壩址峰值流量計(jì)算“統(tǒng)一公式”，并給出相應(yīng)的流量參數(shù)表。王立輝討論了梯級(jí)水庫(kù)同時(shí)潰和相繼潰、底坡等因素對(duì)潰壩波在河道傳播的影響程度。因此在前人研究的基礎(chǔ)上，本文主要通過(guò)Flow-3d建立數(shù)學(xué)模型研究混凝土壩瞬潰的上下游水位、流量變化，以期得到較為可靠的水力學(xué)參數(shù)，并為混凝土壩瞬潰提供重要的參考基礎(chǔ)。2

孫德寶摘要：堤防潰口所造成的危害是巨大的。對(duì)潰口進(jìn)行封堵是防洪的重要工作。一旦潰口就要馬上通過(guò)封堵材料進(jìn)行封堵，將災(zāi)害損失降到最低。本文將圍繞堤防潰口的封堵問(wèn)題進(jìn)行分析，希望能夠?qū)ψx者提供一些借鑒和參考。關(guān)鍵詞：提防;潰口;特征;封堵方法Abstract：the damage caused by dike breach is huge. Plugging the breach is an important work of flood control. O

險(xiǎn)圖編制過(guò)程中，潰口的設(shè)置方案至關(guān)重要，它是開展洪水分析計(jì)算、洪水淹沒范圍確定、損失評(píng)估、避洪轉(zhuǎn)移等工作的基礎(chǔ)。潰口設(shè)置方案設(shè)置是否合理對(duì)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制成果質(zhì)量具有較大影響。本文根據(jù)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制項(xiàng)目的特點(diǎn)，對(duì)防洪保護(hù)區(qū)堤防潰口位置、潰口寬度、潰決方式等問(wèn)題進(jìn)行深入分析，旨在提高洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制質(zhì)量和應(yīng)用效果。2 潰口位置分析防洪保護(hù)區(qū)堤防潰決的原因主要有3種：①是管涌等險(xiǎn)情發(fā)展到一定程度導(dǎo)致堤身塌陷發(fā)生堤防潰決；②是洪水位超過(guò)堤頂漫溢潰決；③是對(duì)于無(wú)分洪閘

水庫(kù)中的蓄水經(jīng)過(guò)潰口快速下泄到下游河道中，往往造成災(zāi)害性的突發(fā)洪水。大壩不同的潰決方式及潰口形式對(duì)潰口的最大流量及相關(guān)水力特性影響很大，因此學(xué)者都較為重視，提出了許多潰壩潰決研究成果。如姚霄雯等[1]收集了國(guó)內(nèi)外74座混凝土壩潰壩資料，總結(jié)了混凝土壩的潰壩特點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)了主要潰壩原因，進(jìn)而提出了壩基、壩肩破壞為混凝土壩最重要的潰壩模式；謝任之[2]系統(tǒng)的提出了可用于計(jì)算瞬時(shí)潰、逐漸潰、部分潰、全潰等情況的潰壩流量計(jì)算統(tǒng)一公式，并且還提出了適用于不同河道斷面的潰

決洪水過(guò)程與壩體潰口的發(fā)展過(guò)程密切相關(guān)。針對(duì)土石壩潰口的發(fā)展過(guò)程，目前主要有兩種處理手段，一是人為指定其潰決過(guò)程，目前廣泛應(yīng)用的Dambreak模式采用的就是這種處理辦法，雖然這種方法比較簡(jiǎn)單易操作，但沒有考慮到水流與壩體之間的相互作用力；二是通過(guò)泥沙輸運(yùn)公式(如Engelund-Hansen公式)或邊坡穩(wěn)定性判斷方法(如帶豎向坡角邊坡的簡(jiǎn)化Bishop法[6])來(lái)計(jì)算潰口發(fā)展過(guò)程，但這些方法中計(jì)算公式非常復(fù)雜，涉及的參數(shù)也較多，不易計(jì)算。為此，本文試圖通

水過(guò)程。3.2 潰口設(shè)置潰口位置的選擇主要考慮地形地貌、行政區(qū)劃、歷史潰口、險(xiǎn)工險(xiǎn)段及河勢(shì)變化、堤防重點(diǎn)防洪段以及其他因素，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、咨詢當(dāng)?shù)厮麑＜业确绞骄C合設(shè)定。根據(jù)收集資料分析以及現(xiàn)場(chǎng)查勘咨詢，清東圍主要險(xiǎn)段有北江清東圍干堤大有村險(xiǎn)段和大燕河清東圍支堤月崗險(xiǎn)段，見表1。表1 清東圍堤防主要險(xiǎn)段情況同時(shí)根據(jù)防護(hù)對(duì)象重要性、相關(guān)防洪設(shè)施現(xiàn)狀等，在城區(qū)雞乸崗電排站出口、北江干堤七星崗水閘出口以及大堰河支堤三丫海水閘出口(燕湖新城處)等風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)設(shè)置潰口，

水流模擬研究中，潰口流量的計(jì)算與潰壩洪水演進(jìn)的模擬是研究潰壩問(wèn)題的重點(diǎn)。目前，計(jì)算潰口流量的數(shù)值模型已有很多。如Fread[2]于1984年開發(fā)的DAMBRK模型，該模型被用于美國(guó)國(guó)家氣象局的潰壩洪水預(yù)報(bào)工作；Singh等[3]開發(fā)的BEED模型，該模型曾應(yīng)用于4起歷史潰壩事故，模擬結(jié)果中潰壩洪峰流量和潰口形成時(shí)間都與觀測(cè)值擬合良好，但潰口頂部的計(jì)算值與觀測(cè)值偏差較大；Fread[4]于1988年提出的BREACH模型，該模型可模擬由漫頂和管涌引起的潰壩，

受到威脅，其中，潰口的危害及破壞力尤其巨大。歷史記載新中國(guó)成立以前的2 000多年中，黃河發(fā)生決口1 500多次，長(zhǎng)江發(fā)生較大洪水災(zāi)害200多次，1499—1949年450 a間湖北省境內(nèi)江漢干堤潰口達(dá)180多次。洪澇災(zāi)害自古以來(lái)都是人類面臨的重要自然災(zāi)害，潰口險(xiǎn)情一直以來(lái)備受關(guān)注，但堤防潰口位置往往難以預(yù)測(cè)，交通大多斷絕，堵口物資極度缺乏[1]，應(yīng)急搶險(xiǎn)難度很大，如圖1和圖2所示。圖1 周家墩民垸堤潰口Fig.1 Dyke burst ofZhoujia

以下簡(jiǎn)稱“何家段潰口”），起初潰口寬度5 m，后迅速發(fā)展到60 m，到6月22日7時(shí)30分潰口寬度擴(kuò)至347 m，2010年6月22日上午拍攝的潰口處照片如圖1所示［7］，圖中標(biāo)識(shí)了潰口寬和潰口入流方向。堤防潰決造成受災(zāi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)4個(gè)、受災(zāi)村41個(gè)，被淹區(qū)平均水深2.5 m至4 m，其中羅針鎮(zhèn)、唱?jiǎng)P鎮(zhèn)受災(zāi)最嚴(yán)重，整個(gè)受淹區(qū)域人口約10萬(wàn)人。2010年6月23日6時(shí)30分左右，江西撫州唱?jiǎng)P堤內(nèi)的洪水在羅針鎮(zhèn)長(zhǎng)湖村附近再次沖開一個(gè)新缺口（以下簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)湖村潰口”），缺

險(xiǎn)情況。3.2 潰口設(shè)置(1)潰口位置選擇計(jì)算方案中潰口選擇主要考慮河道險(xiǎn)工、彎道、城市村莊分布等情況，干流左岸共設(shè)置8個(gè)潰口，南沙河、海城河均為左岸3個(gè)右岸2個(gè)潰口，五道河為左岸2個(gè)右岸2個(gè)潰口，柳壕河、運(yùn)糧河、楊柳河、三通河均為左岸2個(gè)右岸1個(gè)潰口。(2)潰口尺寸參考太子河流域的堤防歷史潰決情況，確定本次計(jì)算潰口的初始形態(tài)和最終形態(tài)為矩形。潰口尺寸結(jié)合潰口位置綜合因素以及經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值確定。通過(guò)分析95年洪水渾河干流潰口情況，潰口基本為漫決，漫決寬度在

9]，并通過(guò)堤防潰口與防洪保護(hù)區(qū)內(nèi)的平面二維水流模型進(jìn)行耦合[10]，建立了荊江—防洪保護(hù)區(qū)洪水演進(jìn)模型。由于防洪保護(hù)區(qū)缺乏實(shí)測(cè)資料進(jìn)行驗(yàn)證，本文從水量平衡、不同方案下松滋口分流情況及潰口進(jìn)洪過(guò)程對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了合理性分析。圖1 松滋江堤示意圖Fig.1 Sketch of Songzi Levee2 松滋江堤防洪保護(hù)區(qū)概況松滋江堤位于長(zhǎng)江上荊江河段南岸松滋市境內(nèi)，西起松滋老城，東至涴市隔堤，全長(zhǎng)51.2 km，其中松滋老城至胡家崗為沿松滋河的支堤，長(zhǎng)16

準(zhǔn)不足而發(fā)生外河潰口洪水時(shí)，由于內(nèi)圈堤建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不足，洪水會(huì)越過(guò)外環(huán)道路或內(nèi)河低標(biāo)準(zhǔn)堤防，城市洪水風(fēng)險(xiǎn)較大。為滿足新時(shí)期城市防洪規(guī)劃的需要，建設(shè)合理的城市防洪內(nèi)圈堤體系，筆者以較為典型的安徽省蒙城縣城市內(nèi)圈堤高程確定為例，對(duì)如何確定城市防洪內(nèi)圈堤高程進(jìn)行了實(shí)際研究和探索，以期為廣大規(guī)劃設(shè)計(jì)人員和決策者提供參考。1 研究區(qū)概況蒙城縣位于安徽省淮北平原中南部，東經(jīng)116°15′43″～116°49′25″，北緯32°55′29″～33°29′04″之間，東鄰懷遠(yuǎn)

壩潰決時(shí)間短，其潰口流量、流速迅速增大而形成的潰壩洪水峰高、量大，對(duì)上下游可能造成的損失是不可估量的。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)潰壩機(jī)理、傳播特點(diǎn)、能量動(dòng)量傳遞等都進(jìn)行了大量的研究，如魏文禮等[1]通過(guò)對(duì)二維潰壩洪水的演進(jìn)進(jìn)行數(shù)字模擬，以實(shí)際工程為例驗(yàn)證了此數(shù)學(xué)模型對(duì)模擬潰壩的有效性；馬鐵成等[2]通過(guò)混凝土面板壩潰決過(guò)程和潰壩模式研究，得出了潰壩過(guò)程中下泄流量的變化趨勢(shì)；傅忠友等[3]基于典型潰壩案例統(tǒng)計(jì)和分析得出重力壩潰決的主要影響因素為洪水漫頂、基礎(chǔ)缺陷和戰(zhàn)爭(zhēng)；張

是一個(gè)洪水多發(fā)，潰口頻生的國(guó)家。在所有的自然災(zāi)害中，洪水自身造成的災(zāi)害比約占一半；同時(shí)，在我國(guó)比較常見的自然災(zāi)害中，洪災(zāi)發(fā)生的頻率、影響范圍及所造成的損失情況均居前列[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在過(guò)去將近150年中，黃河大堤發(fā)生決口96次；在我國(guó)每年因洪水災(zāi)害平均每年經(jīng)濟(jì)損失達(dá)150～200 億元人民幣，占全年主要災(zāi)害損失的30%～30.3%[2]。洪水災(zāi)害不僅對(duì)附近居民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅，更嚴(yán)重影響到社會(huì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。而在眾多洪水險(xiǎn)情中，堤防潰口是造成損

成熟。目前，計(jì)算潰口流量的主體是對(duì)壩址流量過(guò)程的計(jì)算，研究的基本方法分為物理模型試驗(yàn)法和數(shù)學(xué)模型法兩種，由于數(shù)學(xué)模型法不需要建造實(shí)體模型，所以研究費(fèi)用低廉研究過(guò)程放方便簡(jiǎn)化，自20世紀(jì)60年代來(lái)，已經(jīng)成為了潰壩分析的主流。1、模型的分類對(duì)于土石壩逐漸潰的大部分的潰口流量計(jì)算多是采用分段模型法，對(duì)于分段模型法，其假設(shè)潰口下游水位較低，潰口出流為自由出流，絕對(duì)不能引起淹沒出流，所以對(duì)于大多數(shù)平原都適用?？梢詫?duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)單的分類，本文大致可以分為三類：第一類的思

濟(jì)損失巨大。大壩潰口形成過(guò)程和泄洪過(guò)程線(可細(xì)分為潰口特征參數(shù)、水庫(kù)蓄水量和下泄流量)的分析對(duì)已發(fā)洪水的危害評(píng)估至關(guān)重要[3]。分析大壩破壞以及泄洪水位線有許多模型，其中DAMBRK和HEC-1應(yīng)用較廣，Singh和Snorrason采用這兩個(gè)模型對(duì)20個(gè)潰壩案例進(jìn)行了關(guān)鍵潰口參數(shù)的敏感度研究[4]。Petrascheck和Sydler提出了一個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬洪水的外泄過(guò)程，研究潰口泄量、洪水位和洪水抵達(dá)時(shí)間對(duì)潰口寬度及潰口形成時(shí)間的變化的敏感度。該研究表

測(cè)與預(yù)報(bào)，如基于潰口線性發(fā)展假設(shè)的美國(guó)國(guó)家氣象局DAMBRK模型與SMPDBK模型、基于泥沙輸移理論并考慮潰口邊坡坍塌的Beed與Breach等模型[4]。近年來(lái)潰壩洪水平面二維數(shù)值模型的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。Fracacrollo[6]建立了概化的室內(nèi)潰壩物理模型,開展了試驗(yàn)研究并進(jìn)行了數(shù)值模擬，潰口采用瞬潰假定；崔丹等[7]基于有限體積法與具有總變差減小特性MacCormack格式建立潰壩洪水演進(jìn)數(shù)值模型，模型中潰口的發(fā)展采用了線性假定；夏軍強(qiáng)等[8]

5］，壩頂過(guò)流和潰口之間的相互作用是研究該過(guò)程的關(guān)鍵。室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)是研究堰塞壩潰決機(jī)理的重要方法［6］。以往多是對(duì)不同尺度［7-8］、不同物理性質(zhì)的壩體材料［9-12］以及不同壩體初始形態(tài)［12-15］情況下的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行潰壩研究，以研究不同工況下的流量過(guò)程以及潰口縱向形態(tài)變化的特點(diǎn)、機(jī)理和侵蝕率。潰口展寬過(guò)程是潰決過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，但前人研究中單獨(dú)對(duì)展寬開展的研究還很少，已有的研究也多著眼于某一斷面［5，9，15-16］。由于潰口沿程的水沙作用不同，展寬

道防洪標(biāo)準(zhǔn)、不同潰口位置及不同工程防護(hù)條件下對(duì)工程的破壞情形及程度，從而提出優(yōu)化工程管道防護(hù)的建議。PCCP；倒虹吸；模擬洪水影響；工程防護(hù)一、工程概況鄂北地區(qū)水資源配置工程夾河套段工程為白河和唐河之間夾河套區(qū)域的PCCP倒虹吸工程。夾河套地區(qū)位于白河、唐河之間，根據(jù)工程布局，需向夾河套地區(qū)的朱集鎮(zhèn)分水。輸水線路通過(guò)比選，以管橋架空跨越白河、唐河，再以倒虹吸（溝埋PCCP）穿越夾河套地區(qū)。根據(jù)初步設(shè)計(jì)方案，工程由3根DN3 800 mmPCCP同槽布置，管

電磁式流量計(jì)量測(cè)潰口流量，可有效提高流量過(guò)程線的測(cè)量精度；加筋無(wú)黏性均質(zhì)土壩的漫頂潰壩過(guò)程可分為壩體下游未加筋區(qū)域、加筋嵌固區(qū)和上游未加筋區(qū)域破壞3個(gè)階段；隨著加筋體埋深的增加，峰值流量呈現(xiàn)先增大、后減小，再增大的變化規(guī)律，在壩高的35%～50%范圍內(nèi)埋設(shè)加筋體，能夠降低潰壩峰值流量；減小加筋體豎向間距能有效延滯潰壩峰現(xiàn)時(shí)間。加筋；土石壩；漫頂；潰壩；模型試驗(yàn)1 研究背景土石壩一旦發(fā)生潰壩，將嚴(yán)重影響下游居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。比如河北“63.8”暴雨造成中小

問(wèn)題，建立直接以潰口為耦合斷面的河網(wǎng)一維、保護(hù)區(qū)二維側(cè)向耦合模型，將感潮河網(wǎng)與保護(hù)區(qū)一體化，避免環(huán)境因素及經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的不確定性帶來(lái)的潰口流量估算誤差。典型算例和中順大圍潰決洪水情景模擬表明：洪水自潰口集中噴射出后分散流向圍內(nèi)，流態(tài)受圍內(nèi)下墊面影響顯著，潰口水位、流量隨外江潮位漲落而起伏變化，由潰口流量過(guò)程線計(jì)算所得潰口水量與根據(jù)淹沒區(qū)各單元的面積和水深計(jì)算的圍內(nèi)總水量一致。模擬成果直接反映下墊面、水頭差、潮位漲落，及潰口流態(tài)對(duì)潰決洪水的綜合影響，反映出本耦合

水分析，采用同一潰口多個(gè)進(jìn)洪流量以盡量彌補(bǔ)潰口寬度不確定性影響的洞庭湖堤垸區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制方案，并在提交基本圖件成果基礎(chǔ)上，繪制了堤垸區(qū)特征點(diǎn)進(jìn)洪歷時(shí)～水深關(guān)系曲線、進(jìn)洪歷時(shí)～災(zāi)損關(guān)系曲線，豐富了防汛搶險(xiǎn)決策依據(jù)信息。編制成果對(duì)指導(dǎo)實(shí)時(shí)防汛搶險(xiǎn)具有較好的實(shí)用性。洞庭湖 洪水風(fēng)險(xiǎn)圖 洪水標(biāo)準(zhǔn) 潰口流量 防汛搶險(xiǎn)1 區(qū)域概況1.1 自然地理洞庭湖區(qū)是指長(zhǎng)江荊江河段以南，湘、資、沅、澧四水尾閭控制站以下，高程在50 m以下跨湘、鄂兩省的廣大平原、湖泊水網(wǎng)區(qū)，湖區(qū)

院)?尾礦庫(kù)潰壩潰口發(fā)展?fàn)顟B(tài)模擬試驗(yàn)秦 柯1，2，3孟憲磊4(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；2.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家研究中心有限公司；4.甘肅工程地質(zhì)研究院)我國(guó)尾礦庫(kù)數(shù)量眾多，早期建設(shè)的尾礦庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)偏低，存在較大的安全隱患。尾礦庫(kù)一旦發(fā)生潰壩，將對(duì)其下游居民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大損失，并導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染。為此，需進(jìn)行尾礦壩潰壩試驗(yàn)研究。在尾礦庫(kù)潰壩試驗(yàn)中，由于每座尾礦庫(kù)的具體情況不同，很難按照嚴(yán)格

土石壩漫頂潰壩時(shí)潰口的流量過(guò)程變化。土石壩的潰決屬于逐漸潰決，漫頂潰決時(shí)間可能持續(xù)若干小時(shí)，潰壩洪水流量逐步增大，至峰值流量后逐步減小。潰口洪水流量過(guò)程決定了對(duì)下游影響的范圍和程度，通過(guò)對(duì)潰口形狀的假設(shè)，用數(shù)學(xué)模型來(lái)概化描述潰口及洪水的發(fā)展過(guò)程，為實(shí)際工程中的洪水過(guò)程預(yù)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)分析提供依據(jù)。潰壩的發(fā)生、發(fā)展和潰決程度等受到多種因素(如潰壩原因、壩體尺寸和材料、庫(kù)容及下游水位等)影響，模擬難度非常大。盡管如此，在過(guò)去幾十年中，中國(guó)在土石壩的潰壩模擬領(lǐng)域取得了

分析了磨子潭水庫(kù)潰口洪水的流量過(guò)程線，從而為潰壩洪水演進(jìn)模擬入流邊界的設(shè)置提供必要的參考。關(guān)鍵詞：磨子潭水庫(kù)；潰壩；潰口；洪水分析中圖分類號(hào)：TV122+.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.018在實(shí)際工作中，假設(shè)混凝土壩的潰決方式和潰口形態(tài)，根據(jù)水庫(kù)運(yùn)行水位和不同上游來(lái)流量值進(jìn)行組合計(jì)算，比較和分析了潰口最大流量、潰口流量過(guò)程線。潰口發(fā)展和潰口流量的計(jì)算、模擬是研究潰壩問(wèn)題的基礎(chǔ)。潰口流量過(guò)程線作為潰

白河左堤上的假定潰口及引泃入潮右堤上的假定退水口，利用MIKE FLOOD實(shí)現(xiàn)一維河道模型與二維保護(hù)區(qū)模型的耦合，實(shí)現(xiàn)河道洪水傳播與保護(hù)區(qū)洪水演進(jìn)的同步交換與實(shí)時(shí)模擬。由于潮白河左堤歷史上未發(fā)生過(guò)潰堤，相應(yīng)的潮白河左堤防洪保護(hù)區(qū)也未進(jìn)行過(guò)洪痕調(diào)查等相關(guān)工作，因此本次模型驗(yàn)證只能通過(guò)模型成果的合理性、可靠性方面進(jìn)行分析驗(yàn)證。3.洪水計(jì)算結(jié)果與風(fēng)險(xiǎn)要素分析3.1 計(jì)算方案依據(jù)前期基礎(chǔ)工作結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和查勘情況，選擇河南村、京冀界、譚臺(tái)、宋各莊4個(gè)潰口進(jìn)行洪水模

?堰塞壩漫頂破壞潰口演變機(jī)制試驗(yàn)研究徐富剛1，楊興國(guó)2，周家文1(1.四川大學(xué) 水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610065；2.四川大學(xué) 水利水電學(xué)院，四川 成都 610065)以枷擔(dān)灣堰塞壩為原型，考慮壩料粒徑、壩體高度、壩體下游坡度等影響因素，設(shè)置了4種試驗(yàn)工況，制備了相應(yīng)的試驗(yàn)用壩，并在上游來(lái)流量相同的條件下(0.15 L/s)，觀察不同工況下各壩體的破壞過(guò)程，進(jìn)而分析堰塞壩潰口演變機(jī)制。結(jié)果表明：堰塞壩的潰決主要可以分為持續(xù)時(shí)

壩歸納概括為初始潰口形成、潰口發(fā)展、最終穩(wěn)定三個(gè)階段。在其他參數(shù)相同的情況下，通過(guò)對(duì)3組實(shí)驗(yàn)流量變化的比較，研究了壩體高度、長(zhǎng)度與洪峰流量、洪峰來(lái)臨時(shí)間、洪峰持續(xù)過(guò)程的相互關(guān)系，并研究了潰口形狀特點(diǎn)，對(duì)相關(guān)工程應(yīng)用有一定借鑒意義。堰塞壩;潰壩過(guò)程;流量;影響因素;分析1 前 言堰塞湖是在一定地質(zhì)地貌條件下，由于地震、降雨或火山噴發(fā)等原因引起山崩、滑坡或泥石流等自然現(xiàn)象堵截山谷、河谷，造成上游段壅水形成的湖泊。阻塞山谷、河谷的堆積體為堰塞壩［1］。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料

了前提條件。1 潰口發(fā)展模擬1.1 潰口連續(xù)沖刷擴(kuò)展水流在漫頂之后，由于水流的連續(xù)沖刷，首先在壩體下游坡面中線處產(chǎn)生矩形沖槽，輸沙公式選擇的合理性將大大影響下游坡面沖槽沖刷變化計(jì)算的準(zhǔn)確性。采用 Smart［5］輸沙公式計(jì)算壩體沖刷率 qb，即:其中，qb為單寬輸沙體積，m2s;φ為無(wú)量綱的輸沙率;g為重力加速度;s為泥沙密度與水密度的比值;d為平均粒徑，mm。根據(jù)計(jì)算出的單寬輸沙體積及壩頂潰口與下游坡面沖槽的形狀關(guān)系，計(jì)算Δt時(shí)間內(nèi)壩體下游坡面沖槽連續(xù)沖

描述均質(zhì)土壩潰壩潰口發(fā)展規(guī)律的潰壩數(shù)值模型,對(duì)實(shí)體潰壩案例進(jìn)行了反饋分析,驗(yàn)證了模型的合理性,并利用該模型重點(diǎn)研究了壩體土料黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)均質(zhì)土壩潰口發(fā)展規(guī)律和洪水流量過(guò)程的影響。結(jié)果表明:壩體土料的黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)均質(zhì)土壩的潰口發(fā)展規(guī)律、最終潰口形狀以及潰口洪水流量過(guò)程具有明顯影響,土體黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高,其臨界起動(dòng)流速越大,沖蝕率越小,均質(zhì)土壩潰口的發(fā)展速率越慢,潰口邊坡的失穩(wěn)坍塌臨界深度越大,從而導(dǎo)致最終潰口形狀也越小,相應(yīng)地潰口洪峰流量及最大下泄水量也