本文发表于《中国水土保持科学》2024年第22卷第4期“水土保持科学与工程”栏目。
因此, 亟需提出极端降雨条件下淤地坝系溃决损失的定量计算方法。基于"家谱法"坝系溃决风险分析程序FT-IWHR、溃口流量程序DB-IWHR、一维洪水演进计算程序, 提出淤地坝系溃决—洪水演进全过程计算方法, 结合李—周法生命损失计算模型等, 构建涵盖生命损失、经济损失、社会环境影响3方面的溃决损失计算方法体系; 并在西五色浪流域淤地坝系进行应用。
淤地坝是黄土高原人民群众在长期实践中创造的一种行之有效的水土保持工程措施，具有淤地造田、拦截泥沙、含蓄水源、改善生态等综合效益。截至2019年11月，我国黄土高原地区共有淤地坝5万8 776座，其中中型及以上病险淤地坝有5 282座。目前，大部分淤地坝库容接近淤满，加之泄洪建筑物损毁多发，致使淤地坝工程的拦沙滞洪功能逐渐减弱。此外，近年来黄土高原极端降雨事件增多，导致淤地坝溃决风险增大。坝系连溃事故不仅致使其拦沙造田功能不复存在，而且还给淤地坝下游人民群众的生命财产安全带来严重威胁，因此政府有关部门高度重视淤地坝安全度汛问题。极端降雨条件下淤地坝系溃决损失定量评估，是淤地坝预报、预警、预演、预案(四预)能力建设的重要内容，对淤地坝工程布局优化和病险坝除险加固具有重要意义。
近年来，国内外学者对溃坝灾害损失的计算方法进行大量研究。周克发等于我国实际情况，改进Graham法，提出相应的“李—周法”生命损失计算模型。Huang等采用多元非线性回归方法，建立涵盖致灾因素、孕灾环境、承灾体和救援条件4类模块的生命损失评价模型。仇蕾等基于极端洪水水文特征及社会经济特征，提出极端洪水灾害损失的评估方法。李雷基于历史水库大坝溃决损失资料，建立溃坝社会环境影响计算方法。王丹等建立一套涵盖工程风险、管理风险、经济风险、结构风险的淤地坝系运行风险评价指标体系。结合国内外研究动态分析，发现就溃决损失计算方法而言，水库大坝的研究成果相较于淤地坝更为深入。因此，针对淤地坝系溃决损失的研究，一方面需借鉴水库大坝方面的经验、理论和方法，另一方面要挖掘淤地坝系溃决的特点，以期提出符合我国国情的淤地坝系溃决损失计算方法。
笔者基于研究团队提出的溃坝和洪水演进计算程序，提出淤地坝系溃决—洪水演进全过程计算方法，并以西五色浪流域淤地坝系为研究对象，进行多工况下的溃决损失计算分析，并给出相应的风险防控建议。
基于研究团队提出的溃坝和洪水演进计算程序，本文提出淤地坝系溃决—洪水演进全过程计算方法。结合淤地坝系溃决洪水淹没损失特点，综合考虑淤地坝系综合效益在连溃事故中的损失，构建出涵盖生命损失、经济损失、社会环境影响3方面的淤地坝系溃决损失计算方法体系，可实现溃决损失的量化评价。
基于西五色浪流域淤地坝系的实例应用及分析，发现该坝系以中小型淤地坝溃决为主，且警报时间对生命损失数量起着极为关键的作用。此外，生命损失、经济损失、社会环境影响均在降雨量条件超过100 a一遇时出现显著增幅，考虑到近年来黄土高原极端降雨频发，故建议该坝系须重点关注中小型淤地坝的运行安全以及重点做好100 a一遇以上极端降雨条件下的风险防控。通过实例应用与分析可知，本文提出的溃决损失计算方法可实现对淤地坝系溃决损失进行快速量化评估，可为淤地坝系安全度汛和病险淤地坝除险加固工作提供技术支撑。
西五色浪流域水系及淤地坝系分布图
1000年一遇降雨量条件下淤地坝系溃决情况示意图
1000年一遇降雨量条件下坝系控制断面的淹没深时程曲线
1000年一遇降雨量条件下坝系溃决淹没范围示意图
周恒, 陈永胜, 曹永翔, 于沭, 夏朝辉, 岳凡. 极端降雨条件下淤地坝系溃决损失计算方法[J]. 中国水土保持科学, 2024, 22(4): 14-24. DOI: 10.16843/j.sswc.2023118.
ZHOU Heng, CHEN Yongsheng, CAO Yongxiang, YU Shu, XIA Zhaohui, YUE Fan. A loss evaluation method for overtopping-induced failure of clustered check dams under extreme rainfall conditions[J]. Science of Soil and Water Conservation, 2024, 22(4): 14-24. DOI: 10.16843/j.sswc.2023118.
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