城市型水库溃坝应急预案编制技术研究

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城市型水库对城市供水、防洪、兴利、生态等发挥着重要作用,但水库一旦发生溃坝事件,大量水体倾泻流经城区,其后果无法估量。由于目前城市型水库溃坝应急预案编制和应用研究不足,有必要对城市型水库溃坝应急预案编制技术和应用平台进行研究。论文受国家重点研发计划项目课题经费资助(项目批准号:2017YFC0404806)、国家自然科学基金(51909174)、国家自然科学基金(61801169)的支持,针对城市型水库溃坝风险管理学科前沿问题和应用需求,以甲市I和II水库为案例,开展城市型水库溃坝应急预案编制关键技术研究,研究成果可为城市型水库的安全管理和应对溃坝风险管理提供技术分析平台和参考建议。论文主要研究成果如下:(1)大坝溃决与溃口洪水分析。分析确定I和II水库的溃坝原因,设计4种溃坝方案,应用BREACH模型计算溃口洪水流量过程。结果显示,溃坝水位越高,溃决总流量和溃口流量峰值越大,溃口最终尺寸也越大。(2)二维溃坝洪水演进计算。构建溃坝计算模型,模拟溃坝洪水演进过程。结果显示,溃坝洪水自上游向下演进,由河道向两岸扩散。洪水最大流速和持续时间自上游向下沿程减少,河道高于两岸。溃坝水位越高,则洪水演进速度越快,淹没范围越大。相同溃坝原因下,I水库溃坝洪水灾害比II水库更为严重。当遭遇PMF洪水导致两座水库同时溃坝造成的洪水灾害最严重,为最不利方案。(3)溃坝风险评估。选取代表性区域计算城市洪水严重性分布,结果显示上游区域洪水严重性高于下游。分别采用D&M法和李-周法合理估算不同警报时间下的溃坝生命损失,结果显示警报时间越长则生命损失越少,同时显示提高风险人口对溃坝洪水严重性的理解程度能有效降低生命损失。(4)城市应对溃坝应急响应体系数字化研究。提出应急预案文本数字化构思,并设计内容框架。创新提出城市应对洪水的数字化应急响应平台构思,并完成平台运行机制、功能和界面设计。提出洪水特征信息分类模式和判别流程,实现洪水险情智能识别功能。建立网格化信息存储读取机制和信息分层绘图机制,实现洪水风险数字化绘制。设计道路网格信息储存格式,提出道路通行和转移路线设置的判别流程,实现应急转移路线数字化绘制和智能调整功能。数字化应急响应平台可识别洪水险情量级并绘制洪水风险信息,设定应急转移路线并实时调整,能为城市应对洪水险情提高应急响应效率,延长警报时间,减少生命损失。
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