堤防溃口水流特性与封堵技术研究进展
陈启刚1 , 张大伟2 , 王忠祥1 , 钟强3
1. 北京交通大学土木建筑工程学院, 北京 100044; 2. 中国水利水电科学研究院, 北京 100038; 3. 中国农业大学水利与土木工程学院, 北京 100083
Progress in flow characteristics and closure technology of dike breaches
CHEN Qigang1 , ZHANG Dawei2 , WANG Zhongxiang1 , ZHONG Qiang3
1. School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044; 2. China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100038; 3. College of Water Resources and Civil Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083
摘要 堤防溃决洪水可能造成巨大的经济损失甚至人员伤亡,及时封堵溃口是减轻损失的必要措施。溃口封堵效率的提升既有赖于封堵技术的创新,又以对溃口水流特性的深入认识为前提。回顾了近年来主要通过物理模型实验取得的溃口演进过程和水力特征的研究成果,总结了溃口封堵工程实践中主要采用的封堵材料及其计算方法与适用条件、堵口方法及其配套构件与施工装备,追踪了溃口封堵技术的新发展趋势。在梳理已有进展的基础上,提出应加强溃口水流特性实验研究,注重溃口参数便携式测量技术和自动化、快速堵口装备研发。
关键词 :
堤防 ,
溃口 ,
水流特性 ,
封堵技术 ,
研究进展
Abstract :Dike-break floods usually result in catastrophic property damages and loss of lives, which can be reduced significantly through emergency closure of the dike breaches. In order to increase the efficiency of breach closure,both innovations on closure technology and deep understanding of the flow characteristics of dike breaches are required. This paper reviewes recent experimental results on the evolution process and flow characteristics of dike breaches. The application conditions and calculation methods of various materials and the key auxiliary components and construction equipment of closure methods that have been adopted in engineering practices were summarized. New breach-closure measures that have been proposed recently were introduced. The existing progress indicates that further experiment research on the flow characteristics of dike breaches were needed. Meanwhile,the development of portable techniques for measuring breach parameters and automatic equipment for quickly breach closure should be enhanced.
Key words :
dike
breach
flow characteristics
closure technology
research progress
收稿日期: 2021-06-01
基金资助: 国家重点研发计划课题(2017YFC1502602)。
作者简介 : 陈启刚,男,副教授,E-mail:chenqg@bjtu.edu.cn。
引用本文:
陈启刚, 张大伟, 王忠祥, 钟强. 堤防溃口水流特性与封堵技术研究进展[J]. 中国防汛抗旱, 2021, 31(8): 1-6.
CHEN Qigang, ZHANG Dawei, WANG Zhongxiang, ZHONG Qiang. Progress in flow characteristics and closure technology of dike breaches. journal1, 2021, 31(8): 1-6.
链接本文:
http://www.cfdm.cn/CN/10.16867/j.issn.1673-9264.2021186 或 http://www.cfdm.cn/CN/Y2021/V31/I8/1
[1] 李民. 黄河文化百科全书[M]. 成都:四川辞书出版社, 2000. [2] 满卫东, 孙英文, 王亮. 堤防决口抢险的实施方法[J]. 黑龙江水利科技, 2005(3):127. [3] 曾秀娟. 堤防决口封堵水力学数值模型研究[D]. 南昌大学, 2015. [4] 果鹏, 夏军强, 周美蓉, 等. 生产堤溃口展宽过程的概化模型试验研究[J]. 水科学进展, 2020, 31(2):99-109. [5] 张大伟, 程晓陶, 黄金池, 等. 基于Godunov格式的溃坝水流数学模型[J]. 水科学进展, 2010, 21(2):167-172. [6] 姜晓明, 李丹勋, 王兴奎. 基于黎曼近似解的溃堤洪水一维-二维耦合数学模型[J]. 水科学进展, 2012, 23(2):214-221. [7] Elalfy E, Tabrizi A A, Chaudhry M H.Numerical and Experimental Modeling of Levee Breach Including Slumping Failure of Breach Sides[J].Journal of Hydraulic Engineering,2018,144(2):04017066. [8] Rifai I, Abderrezzak K, Erpicum S, et al.Floodplain Backwater Effect on Overtopping Induced Fluvial Dike Failure[J].Water resources research, 2018, 54(11):9060-9073. [9] Sadeghi S, Hakimzadeh H, Amini A B.Experimental Investigation into Outflow Hydrographs of Nonhomogeneous Earth Dam Breaching due to Overtopping[J].Journal of Hydraulic Engineering, 2020, 146(1):04019049.1-04019049.13. [10]陆灵威. 河道溃堤水流的物理实验与数学模型研究[D]. 清华大学, 2016. [11]Rifai I, Erpicum S, Archambeau P, et al.Overtopping induced failure of noncohesive, homogeneous fluvial dikes[J].Water Resources Research, 2017, 53(4):3373-3386. [12]马洪福. 阵列锚技术在堤防溃口堵复中的应用研究[D]. 华北水利水电大学, 2019. [13]Tabrizi A A. Modeling embankment breach due to overtopping[D]. South Carolina:University of South Carolina, 2016. [14]Zhu Y H, Visser P J, Vrijling J K, et al.Experimental investigation on breaching of embankments[J].Science China Technological Sciences, 2011, 54(1):148-155. [15]张晓雷, 夏军强, 陈倩, 等. 生产堤溃决后漫滩水流的概化模型试验研究[J]. 水科学进展, 2018, 29(1):100-108. [16]Sebastian Roger, Benjamin J.Dewals, Sébastien Erpicum, et al.Experimental and numerical investigations of dike-break induced flows[J].Journal of Hydraulic Research, 2009, 47(3):349-359. [17]田治宗, 梁跃平, 解吉祥, 等. 堤防溃口口门区水力及冲淤特性模型试验研究[J]. 人民黄河, 2003(3):32-33. [18]马洪福, 孙东坡, 刘明潇, 等. 基于聚类分析的堤防溃口水力边界特征值研究[J].水力发电学报, 2019, 38(4):75-86. [19]熊勇, 程永辉, 陈航.堤防溃口应急抢险技术研究综述[J].长江科学院院报, 2019, 36(10):169-174. [20]Stilmant F,Pirotton M,Archambeau P,et al.Dike-break induced flows:a simplified model[J].Environmental Fluid Mechanics, 2012, 13:89-100. [21]任建斌. 堤防决口封堵材料应用分析[J]. 中国水能及电气化, 2017(7):59-63. [22]洪娟, 陈徐均, 于伟, 等.堵口料体及其应用技术研究综述[J].人民黄河, 2009, 31(8):20-22. [23]单定军, 张劲松, 代健.重物落水后运动过程的数学模型[J].武汉大学学报(工学版), 2011, 44(6):720-725. [24]孙芦忠, 严建国, 赵建钧.箱型结构物封堵溃坝水力学特性试验研究[J].长江科学院院报, 2003, 20(6):9-18. [25]尹洪波, 孙芦忠, 陈宝峰.抢险箱型结构物沉落的特性研究[J].人民长江, 2007(6):100-102, 123, 151. [26]李继革, 肖焕雄. 河道立堵截流抛投粒径研究[J]. 水电能源科学, 2001(3):79-81. [27]颜志庆, 李琪, 马洪福, 等.堤防溃口特征分析及水流特性研究评述[J].中国农村水利水电, 2018(11):183-187. [28]程义吉, 薜永华.充泥长管袋在堵口合龙中的应用[J].水利建设与管理, 2004, 24(4):77-79, 82. [29]周景芍, 耿明全, 黄淑阁.新型堵口料体水力特性试验研究[J].人民黄河, 2003, 25(3):12-13. [30]赵雨森, 刘洪彬, 肖发光.土工布在黄河抢险堵口及水中进占中的应用[J].河南水利与南水北调, 2008(12):33, 35. [31]陆海.堤防决口堵复方法探讨[C]//中国水利学会, 水利部淮河水利委员会.青年治淮论坛论文集.2005:70-74. [32]王邦雨. 钢木土石组合坝封堵堤防决口技术的施工方法[J]. 治淮, 1999(4):38-39. [33]庞有师, 吴广怀, 孙芦忠.装配式箱型结构堵口技术初探[J].中国水利, 2000(2):30-31. [34]贾志峰, 富飞. 投放重物封堵溃口试验探究[J]. 长江科学院院报, 2011, 28(9):25-25. [35]潘恕, 汪自力, 余咸宁, 等.橡胶坝围堰快速堵口技术试验研究[J].人民黄河, 2000, 22(9):26-28. [36]杨志毅, 王永利, 郝胜强.应急抢险用土方作业编织袋快速装填机[J]. 工程机械, 2014, 45(1):15-19. [37]李齐, 马峰, 杨芙蓉, 等.浮力坝式应急挡水子堤的设计应用[J].中国防汛抗旱, 2013, 23(1):80.
[1]
胡永龙. 长江堤防安徽段度汛安全问题与防灾措施 [J]. 中国防汛抗旱, 2022, 32(6): 82-85,88.
[2]
徐路凯, 张宝森, 岳瑜素, 冯兴凯. 黄河下游堤防工程标准化管理平台设计与实现 [J]. 中国防汛抗旱, 2022, 32(5): 55-58.
[3]
杨姗姗, 曾明, 田锐. 洪水预报误差修正技术研究进展 [J]. 中国防汛抗旱, 2022, 32(12): 35-40.
[4]
张大伟, 向立云, 李娜, 刘舒, 姜晓明, 姚秋玲. 防洪减灾理论及技术研究进展 [J]. 中国防汛抗旱, 2022, 32(1): 7-15,33.
[5]
徐卫红, 李娜, 韩松, 王静. 基于溃口演变过程的堤防溃决分洪过程模拟 [J]. 中国防汛抗旱, 2021, 31(S1): 51-54.
[6]
姚秋玲, 孙东亚, 张顺福, 乔楠. 堤防渗透侵蚀破坏有关概念辨析 [J]. 中国防汛抗旱, 2021, 31(8): 7-10,45.
[7]
俞茜, 李娜, 王艳艳. 基于韧性理念的洪水管理研究进展 [J]. 中国防汛抗旱, 2021, 31(8): 19-25.
[8]
田爱平, 朱鹏程. 上海黄浦江上游干流段堤防安全风险分析与应对措施 [J]. 中国防汛抗旱, 2021, 31(8): 32-35.
[9]
林金良. 堤防决口封堵关键技术研究 [J]. 中国防汛抗旱, 2021, 31(11): 56-59.
[10]
雷德义, 胡宏达, 吴杰, 孙艳兵. 黑龙江省牡丹江堤防决口险情调查分析及对策建议 [J]. 中国防汛抗旱, 2021, 31(1): 38-42.
[11]
周清勇, 胡国平, 洪文浩. 汛期水位变化下堤坝安全稳定性及险情防治措施分析 [J]. 中国防汛抗旱, 2020, 30(12): 49-53.
[12]
王翔. 上海堤防防汛应急管理体系建设现状及改进对策 [J]. 中国防汛抗旱, 2019, 29(2): 48-51.
[13]
汪继承. 堤防社会化管护在安徽宣城市城东联圩堤防管理中的应用 [J]. 中国防汛抗旱, 2019, 29(11): 72-74.
[14]
张伟兵, 耿庆斋. 我国古代早期的一部“防洪预案”——《管子·度地》的水害防治问题论述 [J]. 中国防汛抗旱, 2018, 28(3): 59-61.
[15]
姚秋玲, 孙东亚, 祁治. 装配式防洪子堤连锁袋技术研发与试验 [J]. 中国防汛抗旱, 2017, 27(S1): 5-7,25.