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西藏典型终碛湖溃决对下游工程的影响研究

更新时间:2009-03-28

我国西藏地区冰湖分布广泛,冰湖是冰川运动或冰川供水形成的湖泊,冰湖出口多为天然散粒体堆积形成的坝体,从材料和结构上存在安全隐患。近年来全球气候变暖,极端气候出现频次增多,冰湖溃决灾害发生的次数增加[1-5],冰湖溃决灾害威胁地区人们生命财产安全,制约地方的开发建设。冰湖溃决具有持续时间短,洪峰流量大,影响范围广,造成损失严重的特点。本文研究拟建工程所在河流源头矿扎措冰湖的稳定性,分析溃决洪水对工程的影响,为坝址方案比选提供技术支撑。

拟建工程坝址位于怒江流域冷曲河左岸二级支流,隶属西藏昌都市八宿县,坝址距昌都市约300 km,工程地理位置见图1。工程以供水、灌溉为主,兼顾发电,正常蓄水位4 610 m,总库容5 485×104 m3,电站装机1×104 kW,工程等级为Ⅲ等。工程由混凝土重力坝、导流兼泄洪洞、发电引水隧洞、发电厂房组成。重力坝轴线长415.2 m,坝顶高程4 611 m,最大坝高48.80 m,其中溢流坝段长200 m,堰顶高程为4 610 m。

  

图1 工程地理位置Fig.1 Location of engineering project

1 矿扎措冰湖

为掌握冰湖第一手资料,长江科学院研究人员于2017年9月18日至25日携带无人机、差分GPS、测距仪等测量仪器设备对矿扎措冰湖进行了勘察,获取了上游母冰川、矿扎措冰湖、冰碛体、周围环境等数据,见图2。

  

图2 现场勘察Fig.2 Site investigation

矿扎措位于拟建工程所在河流的源头,地理位置E96°34′48.5″,N29°47′06.5″,距下游坝址约7.5 km。冰湖为冰川终碛垄堰塞湖,呈西南至东北,湖面海拔高程约4 700.0 m,上下游长约760 m,左右宽约470 m,面积约0.37 km2,容积约720×104 m3。冰湖两岸高山耸立,基岩裸露,完整性较好。冰湖游分布两支冰川,主冰川覆盖面积约11 km2,冰舌距冰湖约1 000 m,前缘坡度为3°;左支冰川覆盖面积约3.5 km2,冰舌距冰湖约1 600 m,前缘坡度为11°,两支冰川已经消退。冰湖终碛体坝体整体厚实,坝顶高程4 700~4 730 m,坝高约70~100 m,坝顶长约720 m,宽约70~180 m,坝体中间相对薄弱,坝段长约70 m,宽约80 m,高约70~80 m,该段发展为冰湖的溢流排水通道,通道背水面坝顶下30 m坡度约13°,以下约5°~6°。终碛体为天然无规则散粒堆积体,以碎石为主,坝体表面碎石直径0.3~0.5 m,少数碎石直径1~3 m,甚至10 m以上。根据现场观测,冰湖已蓄满,以溢流排水为主,渗流量较少。

“301条款”来源于美国《1974年贸易法》第301节。该节做出以下规定,当贸易对象国存在以下行为时,美国贸易代表可对他国不合理或不公平贸易做法发起调查,甚至有权终止或撤回与他国贸易协定减让的利益,或者对外国的货物或服务施加关税或其他进口限制(即各种贸易壁垒)。

总控计算机的选型可以采用两种方案,一种是选用普通PC机,另一种是选用基于ARM开发平台的工业级平板电脑。对于总控制室环境条件良好的用户,选用普通PC机便可实现系统的设计功能。此方案的优点是节省系统搭建的开支成本,用户使用原有的办公计算机即可;缺点是系统稳定性差。对于工作环境恶劣的现场,选用工业级平板电脑,该电脑具有基于ARM的开发平台,操作系统稳定,具有IP65防护等级,稳定性好。

根据现场勘察,矿扎措冰湖容积相对小,母冰川正在消退,两岸山体为基岩,终碛体厚实,具有较好的溢流排水通道,矿扎措冰湖处于稳定状态。但考虑气候变化的不确定性,上游主冰川面积较大,左支冰川前缘坡度较陡,终碛体坝体较高,且为天然碎石堆积体,因此矿扎措存在一定安全风险。冰湖主要溃决方式有两种:①洪水漫顶冲刷破坏,上游母冰川前进、崩塌形成涌浪,促使洪水漫顶冲刷,导致终碛体破坏;②管涌崩塌破坏,在热喀斯特作用下,终碛体内“死冰”消融,形成管涌,导致终碛体破坏。

2 溃决洪水对工程的影响

2.1 计算方法与溃决方案

2.1.1 计算方法

最后,完善合同条款,明确对方服务标准和要求,如服务时间、开机率、服务季报及重大维修专项报告等;付款实行分期季付或半年付,且先服务后付款,尤其是最后一期付款前,维保服务提供方应完成整机主要参数指标情况比照,并由医院对维保服务成效确认后才可进行支付。

考虑计算区域内峡谷谷底宽阔平坦,洪水传播距离短,沿程碎石量有限,可忽略泥石流影响,应以洪水计算为主。溃决洪水波采用二维浅水波方程,计算网格为三角形网格,计算方法采用TVD-WAF方法[6],计算区域包括矿扎措冰湖、下游河道、下游水库和工程建筑物,见图3。在模型验证时,考虑现场资料缺乏,主要通过率定河道糙率参数,验证模型的可靠性。

  

图3 计算区域Fig.3 Physical field

2.1.2 溃决方案

在方案2中,终碛体突然垮塌,出现最危险溃决方式。溃口洪水过程见图8,各特征流量出现时间见表2。开始溃口洪水流量急剧增加,190 s时溃口出现流量峰值5 600 m3/s,随后溃口流量逐渐减小,45 min溃口洪水流量降至200 m3/s,93 min溃口洪水流量降至20 m3/s,期间洪水总量约480×104 m3。洪水进入峡谷河道,16 min洪水锋面传至下游水库库尾(-3 500断面),库尾断面水位、流量过程见图9,24 min库尾流量出现峰值1 900 m3/s。洪水进入下游水库后,水库存蓄大部分洪水,坝前水位急剧增加,33 min库水位升至4 611 m,出现漫顶,见图10。

 

表1 溃决方案Table 1 Breaking model

  

方案溃决方式溃口最终特征尺寸初始条件方案1逐渐局部溃决方案2瞬时局部溃决1溃口长度:476m;2顶宽:62m;3底高程:4670m;4底宽:17m;5两侧坡度:60°Z冰湖=4700m;Z水库=4610m

  

图4 溃口结构图Fig.4 Breaking structure

2.2 洪水计算

在方案1中,考虑终碛体材料、结构的影响,基于BREACH模型[7],计算溃口由小至大逐渐展开过程,各特征流量出现时间见表2,溃口洪水流量过程见图5。开始溃口洪水流量急剧增加,46 min时溃口出现流量峰值1 700 m3/s,随后溃口流量逐渐减小,121 min溃口洪水流量降为200 m3/s,233 min溃口洪水流量降为20 m3/s,期间洪水总量约480×104 m3。洪水进入峡谷河道,64 min后洪水锋面传至下游水库库尾(-3 500断面),库尾断面水位、流量过程见图6,79 min时库尾流量出现峰值为1 100 m3/s。洪水进入下游水库后,大部分洪水存蓄在水库中,少部分由建筑物下泄,坝前水位急剧增加,95 min后库水位升至4 611 m,水库蓄满,出现漫顶,见图7。

 

表2 溃口流量过程Table 2 Process of breaking flow

  

序号方案1方案2特征流量/(m3·s-1)出现时间/min特征流量/(m3·s-1)出现时间/min1000021700465600331500525000541000664000855009030001262001212000167100190100024820233500339200451010057112093

溃决洪水计算需确定合理的终碛体溃决方案。通过现场勘察,矿扎措终碛体整体宽厚,溢流排水条件较好,出现坝体全溃的可能性很小,以局部溃决为主。根据终碛体两岸宽厚,中间相对薄弱,排水通道宽约17 m,背水坡高程4 670 m以上坡度13°,4 670 m以下坡度小于6°的特点,终碛体溃口出现在中间薄弱部位的可能性最大,假设终碛体溃决有逐渐局部溃决和瞬时局部溃决,见表1和图4。

提前降低库水位,预留足够的库容存蓄溃决洪水。通过溃决方案1和方案2模拟计算,库尾(-3 500断面)从洪水开始入库至流量降至200 m3/s(泄水建筑物最大泄流能力)时段内入库总量分别为430×104 m3和390×104 m3,减去该时段建筑物泄水量。溃决方案1需预留库容约350×104 m3,溃决方案2需预留库容约300×104 m3,对应水库水位~库容关系,水库应提前降低水位至4 608.62 m和4 608.80 m,可保大坝不漫顶。

  

图5 方案1冰湖水位与溃口流量过程Fig.5 Process of ice lake water level and breaking flow in plan 1

  

图6 方案1库尾水位和流量过程线Fig.6 Process of reservoir tail water level and flow in plan 1

  

图7 方案1水库坝前水位与水库水量增加过程Fig.7 Process of water level in front of the dam and increasing water quantity of reservoir in plan 1

  

图8 方案2冰湖水位与溃口水位、流量过程Fig.8 Process of ice lake water level,breaking water lever and flow in plan 2

  

图9 方案2库尾水位和流量过程Fig.9 Progrees of reservoir tail water level and flow in plan 2

  

图10 方案2水库坝前水位与水库水量增加过程Fig.10 Process of water level in front of the dam and increasing water quantity of reservoir in plan 2

  

图11 方案1和方案2库水位升高过程Fig.11 Increasing process of the Reservoir water level

2.3 减灾措施

结合工程地质、地形地貌、溃决洪水特征和拟建工程的特点,从调度和工程两个方面提出减灾措施。

参考文献:

通过数值计算,两种溃决方案在溃口流量过程、溃口流量峰值、下游河道洪水演进过程,水库漫顶时间等方面存在一定差异,均出现洪水漫顶问题。通过分析可知:①冰湖溃决洪水时间短,洪峰量大;②下游工程水库库容相对小,存蓄能力有限。

[1] 中国科学院青藏高原综合科学考察队.西藏冰川[M].北京:科学出版社,1986.

抬高坝体高程增加总库容,蓄纳溃决洪水。通过方案1和方案2的计算,对应水库水位过程见图11,两个方案水库水位分别升高至4 611.8 m和4 612.3 m。因此,为防御方案1和方案2的溃决洪水,现有的设计坝高分别应抬高0.8 m和1.3 m,可保大坝不漫顶。

3 结 论

掌握了矿扎措冰湖基本资料,初步分析了冰湖的稳定性,提出了冰湖终碛体两种溃决方式。通过计算,冰湖溃决洪水具有时间短,洪峰量大的特点,判断原方案会出现漫坝风险,在此基础上,给出了提前腾出库容和抬高坝高两种防护措施。

致谢:感谢第9届“全国冰工程”学术研讨会推荐。

张满春料想那帮日本兵吃饱喝足后,是不会放过沈家大院的女人们的,他最担心的当是沈小小。他一想到沈小小将被这群野蛮无德的日本兵扒光了衣服,他的小肚子就胀疼难忍。张满春一时想不出好的办法来。大院里都是日本兵,加之四周是高高的围墙,沈小小这下怎么也逃不出沈家大院了。张满春就在心里骂沈老七,你狗日的平时信奉有钱能使鬼推磨,这回磨把你给推了吧。

A组患者以1μg·kg-1·h-1的速率泵注右美托咪定48h,如发现不可控的心动过缓或低血压,停止泵注。B、C两组不给予右美托咪定泵注,A、B组其余治疗相同。应用视觉模拟评分法 (visual analog scale,VAS)、以单盲法对患者入院当时(≤伤后6 h)(T1)、伤后 24h(T2)、7 d(T3)疼痛程度进行评估。0 为“无痛”;10 为“最剧烈的疼痛”。

2.3.1 调度措施

四是加强品牌引领和市场营销。积极转变营销观念,创新营销手段,讲好农垦品牌故事,做强做优传统优势品牌,新创建一批品牌,提升品牌知名度、市场占有率、产品附加值和企业利润率,努力把好产品做成大市场。

2.3.2 工程措施

[2] 徐道明,冯清华,西藏喜马拉雅山区危险冰湖及其溃决特征[J].地理学报,1989(3):343-352.

[3] 姚治君,段瑞,董晓辉,等.青藏高原冰湖研究进展及趋势[J].地理科学进展,2010,29(1):10-14.

[4] 崔鹏,陈容,向灵芝,等.气候变暖背景下青藏高原山地灾害及其风险分析[J].气候变化研究进展,2014,10(2):103-109.

[5] 高晓,吴立宗,Pradeep K.Mool.基于遥感和GIS的喜马拉雅山科西河流域冰湖变化特征分[J].冰川冻土,2015,37(3):557-569.

信息化教学的基础是信息技术的使用,从而建立新的教学体系,包括教学模式、教学内容、教学方法、教学资源、教学手段、评价反馈等一系列的改革和变化。基于信息化技术的课程建设强调教学过程的设计和学习资源的利用,信息化教学不是简单地将信息技术手段与传统教学方式相结合,在教学系统设计中要做到技术手段与教学内容的适用性并重。基于信息化技术的课程建设要求以学生为中心,学生在教学系统创设的情境、协作与会话等教学环境中充分发挥自身的主动性和积极性。

[6] Toro E F. Shock-capturing methods for free-furface shallow flows[M].Chichester:Wliey,2001.

[7] 王欣,刘时银,冰碛湖溃决灾害研究进展[J].冰川冻土,2007,29(4):626-635.

取新制备的样品用相应pH的蒸馏水稀释10倍后,用Zetasizer Nano-ZS纳米粒度仪测定其粒径分布,动态光散射角度固定为90°,样品折射率为1.51。记录液滴的平均粒径和分散系数(PDI)。

 
杨金波,段文刚,王莉
《黑龙江大学工程学报》2018年第01期文献

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