水庫大壩
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
水庫大壩的實例教程
2．2上下游壩坡的培厚加固設計
對于有放空底洞的水庫，在放干水后對灌溉等影響不大，且不會造成新的滑動的情況下，可將水庫放空，對上下游壩坡進行培厚加固。這樣可避免因上游削坡造成壩軸線下移而增加工程量，或者因削坡造成對原有防滲體的破壞，進行防滲體的整治而增加投資；對于原大壩下游不存在穩定問題的壩體整治，這種方案也更經濟合理，同時它可以和上游壩面的防滲設計相結合；對于淺透水地基，在壩腳設防滲齒墻，若透水層較深，可采用帷幕灌漿，壩體上游面鋪復合土工膜，并與周圍的防滲帷幕形成封閉的防滲體系。
但是值得注意的是，這種上下游同時培厚加固的方案在實際的施工中可能會存在一定的困難。這是因為在長期的使用中，水庫底部會形成厚厚的淤積，若再進行上游培厚加固，則水庫原來的土和施工中的棄渣都會被浸泡在水庫底部形成更厚的淤積，這不但會縮小水庫的容積，而且也不利于下游的培厚加固施工。
3 水庫大壩的防滲設計
水庫大壩的滲漏病害可能發生在壩基，也可能會發生在壩肩，更多的是發生在壩體。因此在進行水庫大壩的防滲設計時，首先要確定大壩的滲漏部位，滲漏程度和滲漏特點，選擇合適的防滲設計方案。以下筆者結合自己的工程實踐，提出一些防滲設計方法，具體如下所示：
3．1壩基、壩肩部位的防滲施工設計
通常來講，在對水庫大壩的壩基和壩肩進行防滲施工設計時，多是采用帷幕灌漿的方式進行防滲處理，且最好為一排灌漿孔同時灌漿，通過改變漿液的密度來實現壩基或壩肩的修復，最終使帷幕和整個水庫大壩融為一體，實現防滲效果。
展開 為充分利用水資源,人們在天然河流上修建了水庫大壩,以達到調控洪水、發電、灌溉、供水、通航、旅游、漁業養殖等目的，水庫大壩對人類社會和經濟的發展起到了極其重要的推動作用，但是一旦由于某種原因發生潰壩失事，對下游所造成的生命和財產損失將無法估計。
潰壩問題研究主要以歷史資料統計分析及數值模擬為主，而潰壩在數值分析領域也成為了一個十分經典的案例，本文將使用積鼎 通用流體仿真軟件VirtualFlow 模擬二維的潰壩流動。
案例描述
本案例的場景是一個長方形液塊位于計算域一角，計算域頂部開口，左右和底部邊界為壁面，在重力的作用下液塊流動并沖擊到一側壁面，此過程中發生了復雜的流動。
案例詳情
1. 幾何建模
本案例為二維算例，其中計算域的長為3.22m，高1.8m，水相的長為1.2m，高為0.6m，位于計算域左下角。同時在計算域底部距左端2.725m處設置監測點H1監測自由液面的高程，具體的幾何和計算域如圖 1.1所示。
圖 1.1幾何與計算域示意圖
2. 網格劃分
網格劃分現有一套網格，網格一在x方向劃分成161份，增長率為1，尺寸上限為1，最小尺寸為0.02m；y方向劃分成90份，增長率為1，尺寸上限為1，最小尺寸為0.02m；z方向劃分為1份，增長率設為1，比尺上限設為1，最終網格總數為14490，具體參數可見表 1.1。網格一劃分的示意圖如圖 1.2所示。
表 1.1 網格信息表
注：括號內的數字分別對應網格劃分份數、增長率和比尺上限
圖 1.2 網格劃分示意圖
3. 參數設置
其中材料屬性如表 1.2所示
表 1.2 材料屬性
對于各邊界的類型和具體邊界條件如表 1.3所示。
表 1.3 邊界條件
求解過程的參數設置和停止條件見表 1.4。
展開 預演方面，集成水情監測數據、降雨監測數據、三維地表、水下三維地形、水利設施數據、防洪對象資料，在三維場景中，實現洪水預測演進、洪水淹沒模型分析、洪水實時演進、防洪應急調度預演、河道水庫潰壩預演、堰塞湖模擬的實景化展示。
預案方面，集成各類防洪方案、調度規則和專家經驗等，實現各預案觸發條件與水情監測的實時關聯，實現對當前洪水水情與洪水級別的準確判斷，及時、準確地觸發防汛應急預案，提供客觀、準確的數據支持，幫助防汛指揮部門進行應急調度決策。
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N項業務應用
水雨情監測系統：由監測中心、通信網絡、水雨情監測設備、水雨情監測系統三部分組成，實現對雨水情等監測設備采集的數據實時接收、解析、存儲、分析、處理以及可視化展示，通過系統可對流域內監測站點分布、運行狀態、實時動態數據、視頻信息、預警信息、維護信息等管理與查看。
水庫大壩安全監測預警系統：主要包括物聯網平臺，無人機平臺以及業務系統，其中物聯網平臺主要提供設備的快速接入和設備管理服務，無人機平臺主要負責水庫大壩三維模型構建以及巡檢支撐，業務系統主要實現小型水庫水雨情和大壩安全的實時監測和預警。
群閘聯控信息系統：通過控制水閘調水補水，實現流域內水資源的靈活調動。在確保水庫群、區間及上、下游安全前提下，實現防洪抗旱以及水資源合理利用。
智慧防汛應急指揮系統：基于數字孿生流域信息平臺，匯總雨水情數據信息，結合洪水“四預”模型，實現預報數據與多維信息的融合與集成，將各類防汛信息進行實時快速地收集、分析和處理，切實加強防汛指揮系統等非工程防洪措施建設，供各級領導和防汛部門科學地調度人力、物力、財力，進行防汛調度指揮，能充分發揮防洪工程的整體防洪作用，最大限度地減輕災害損失。
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2020年5月美國密歇根州提塔巴瓦西河流域發生強降雨，5月19日，
Smallwood大壩與Edenville大壩潰壩，不久后沖垮下游Sanford大壩。此次
連續潰壩迫使密歇根州中部約10000人撤離，造成了無法估量的損失。
監控拍攝到的Edenville大壩潰壩情況
下面是潰壩洪水沖淹下游Midland市，不知該說公路脆還是洪水猛。
大壩是重要的能源基礎設施，對防洪、供水、生態、發電、航運等至關重要。我國現有大壩水庫近10萬座，其中大中型水庫4700多座，我國80%以上的大壩修建于上世紀50年代至70年代，運行時間較長，運行風險比較突出，但是我國政府歷來高度重視水庫的除險加固和維修養護，水庫大壩安全狀況總體可控。
然而，隨著近些年的氣候變化，極端天氣頻頻發生，國內外水庫和大壩潰壩、泥石流堵江等事故逐漸增多，造成了嚴重的人員傷亡和難以計量的財產損失，還有大壩設施損壞、環境破壞等其他影響，水庫大壩的運行安全問題成為擺在我們面前的一個更加重要的問題。
如何有效預防和應對事故災難和突發事件？
大壩監測管理系統目前已廣泛使用，但是監測點數量是有限的，位置都固定不變，不能全面監測大壩的整體情況，并且隨著時間的推移，監測設備逐漸損耗，而對這些設備進行修繕更換十分困難，因此導致傳統監測系統的效用隨時間降低。此外，當前面臨的最大的問題是極端天氣出現的頻率愈來愈高，大壩事后管理卻只能應對歷史上出現過的情況，已經不能滿足現階段大壩健康管理的需求。而當缺乏有效的評估手段時，運行單位就無法對大壩的安全性做出合理的判斷，也就無法評估大壩的健康情況和可用時長。
對此，我們推出我們的極端天氣系列產品二：拱壩健康管理數字化平臺。
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上期提及的2020年美國密歇根州連續潰壩事件，大家還記得吧，大壩的健康問題至關重要。
但是在頻頻出現的各種歷史罕見的極端天氣的摧殘下，可能出現大壩努力但無果的情況，而且上下游大壩小伙伴們之間車馬很慢書信很遠，只有一壩獨自美麗，也容易遭受上游大壩異常泄洪的威脅。
所以僅以歷史資料為依據進行水資源調度是存在很大風險的。
當水庫的水量接近警戒水位的時候，水庫自身安全受到威脅，此時需要開閘放水，但是當不能判斷水庫下游的降水情況和下游河段的水位情況時，貿然放水，會對下游城鎮產生威脅，此時水庫自身安全與下游防洪安全之間存在著矛盾。
其次，目前常用的監測系統無法做到預知泄洪之后的影響范圍，也無法評估造成的社會和經濟損失。
針對以上問題，我們提出極端天氣系列產品三：水庫資源調度與洪峰推演平臺。
該平臺具備以下四個功能：
基礎信息模塊：周邊及下游流域的基礎地理信息、水文與調度資料，氣象數據；
水資源調度模塊：水資源調度方案的制定，調度前后水資源的分析；
自定義泄洪方案：通過精細化的參數設置，定義多套泄洪方案，對比預測結果；
洪峰推演模塊：預測生成洪水風險圖，重點區域水位過程線，展示洪水分布區域、水位動態和流速變化 ；
重要設施受淹評估：洪水沖淹范圍內的重要設施，評估其受損程度。
這個方案可以預報下游的洪峰流量、出現時間、最高水位及洪水過程，為下游洪水預報及防洪提供依據。也可預判洪水在每個時間段、每個流經區域的淹沒范圍、淹沒水深和最大流速，對洪水風險進行實時評估，從而為防洪會商決策提供實時準確的技術支持。
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為充分利用水資源,人們在天然河流上修建了水庫大壩,以達到調控洪水、發電、灌溉、供水、通航、旅游、漁業養殖等目的，水庫大壩對人類社會和經濟的發展起到了極其重要的推動作用，但是一旦由于某種原因發生潰壩失事，對下游所造成的生命和財產損失將無法估計。
<p>近期，多地遭受了前所未有的洪水侵襲，每一次災害都如同警鐘長鳴，提醒我們水庫大壩安全的重要性，超標準暴雨的突襲讓大壩的安全防線面臨前所未有的考驗。面對這一挑戰，CFD技術可為潰壩洪水的預測與管理開辟新的路徑。
事故發生時，電站并未正式運行，因此電力供應及水庫大壩未受影響，但事故仍造成了嚴重的人員傷亡。
此次事故并非孤例。據統計，2023年至今，全球已發生儲能安全事故超過70起，其中韓國最多，達到30多起，美國緊隨其后，共發生了20起失火事件。這些事故不僅造成了巨大的經濟損失，也對人員安全構成了嚴重威脅。
業內專家指出，儲能電站的建設和運營必須嚴格遵守安全規范，確保技術和管理措施到位。
在園區內中法國旗下合照
壹科技合作璀璨光芒
遠算CEO吳健明與法電研究院總部院長Bernard SALHA交換紀念品
基于前期合作，遠算科技在國內通過云端化、國產化、場景化的工業仿真創新模式，打造了“格物云CAE、專業仿真軟件、數字孿生平臺”三大系列產品，其中，數字孿生平臺在國內已經落地40+項目，深耕能源和水利行業，服務于核電、水電、風電核心設施設備運行維護、流域洪澇風險管理、城市內澇預測預警、水庫大壩健康管理
[6] 寧保輝，于沭，董振鋒，等.前坪水庫大壩設計及三維應力變形分析[J].水利規劃與設計，2019(5):140- 144,147.
文章來源水利技術監督. 2023(10)
在對水庫、大壩等制定應急預案時，可以考慮使用仿真手段對堤壩潰決過程進行模擬，預測堤壩決堤口走勢，還可以與洪峰推演模型結合，預測堤壩潰壩之后對下游的影響和下游泥沙濃度分布情況等。
大壩上游水庫中的蓄水通過一條“引水管道”與廠房內部的發電機組連接，這樣提供動能的水資源就可以隨時被發電機組使用了。
除了大型水庫，遠算也新推出了區域壩安全管理數字孿生平臺，高效集約、輕量實用，讓每一座水庫大壩搭上數字孿生的時代列車！
在這近十萬座水庫中，小型水庫大壩占比高達95%，針對其量大面廣的特點，遠算科技也推出了區域壩安全管理數字孿生平臺實現小型水庫統一規范管護。
流域洪澇和水資源管理
華夏土地水網水系復雜多變的天然地理特征也帶來了廣泛、頻繁的流域洪澇災害，這種災害突發性強、成災快、破壞性也強，嚴重影響著沿岸居民的生命財產安全。
一直以來，遠算始終堅持深耕行業，充分發揮自身數值仿真技術優勢，積極推動雙碳目標下水庫大壩智慧化建設與高質量發展。
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