改進DB-IWHR模型及其在尾礦庫潰壩影響分析中的應用

沈鴻杰，徐力群，劉子茜

(河海大學水利水電學院，江蘇 南京 210098)

尾礦庫作為一種蘊含著很高勢能的人工泥石流危險源，當發(fā)生潰壩事故時，大量下泄尾砂在極短時間內(nèi)沖向下游，威脅下游居民和生態(tài)環(huán)境[1]。據(jù)統(tǒng)計， 2001—2015年我國共發(fā)生尾礦庫潰壩事故65起，其中洪水漫頂占事故總數(shù)的36.9%[2]。洪水漫頂是導致尾礦庫發(fā)生潰壩的主要原因之一，較為準確地預測其潰壩過程及影響范圍，是制定應急預案的基本條件[3]。

尾礦庫的潰壩過程類似于散粒體土石壩及堰塞壩的潰壩，尾礦庫潰壩計算理論的研究多參考水庫潰壩實例[4]。近年來，不少學者基于尾礦庫壩體材料的特殊性開展了相關的尾礦庫潰壩模型研究。袁兵等[5]根據(jù)多個大壩潰決實測資料，建立了尾礦壩潰壩數(shù)學模型，提出了尾礦庫潰壩沙流對下游影響的預測方法。劉磊等[6]通過建立尾礦壩潰決物理模型對潰壩過程進行觀測，依據(jù)試驗結(jié)果建立了尾礦庫漫頂潰壩洪水預測數(shù)學模型。武立功等[7]采用不同粒徑的尾砂作為筑壩材料，研究了尾砂粒徑對尾礦庫漫頂潰壩的影響。

基于唐家山堰塞湖實測潰決資料，Chen等[8]開發(fā)了DB-IWHR模型，提出了以雙曲線形式代替指數(shù)形式的沖刷模型，引入了簡化Bishop法模擬潰口擴展過程，并采用速度增量形式直接求解控制方程，避免了數(shù)值迭代。張強[9]運用DB-IWHR模型對“10·10”和“11·3”白格堰塞湖潰決過程進行了反演分析，結(jié)果表明模型可較為準確地計算洪水演進過程。張貴金等[10]采用DB-IWHR模型計算堆石壩潰壩洪水過程，利用MIKE21模擬洪水演進過程，評估了極端條件下堆石壩潰壩對下游的淹沒風險。……