[发明专利]一种极端工况的梯级水库群土石坝风险分析方法

说明书

本发明公开了一种“溃坝洪水+地震”极端工况的梯级水库群土石坝风险分析方法。该方法首先通过土石坝溃决洪水计算和洪水演进分析，采用基于冲刷侵蚀的溃坝洪水分析模型，计算A梯级水库的溃坝洪水，演进至下游B梯级水库，并根据本发明提出的固定时段长度法，得到大量不同时间段的B梯级水库的坝前水位；其次，根据B梯级大坝坝体材料抗剪强度参数及其分布概型，通过蒙特卡洛法随机抽样，并采用拟静力法模拟地震对坝坡稳定的影响，进而采用土力学中简化的Bishop法计算得到不同“坝体材料抗剪强度参数—坝前水位”组合的地震工况下B梯级土石坝的坝坡抗滑稳定安全系数F；最后，通过拟合安全系数F样本分布，计算可靠指标β和条件失效概率P_F，进而实现“A梯级土石坝溃决+地震”同时作用下的B梯级土石坝坝坡失效概率P_F0。本发明从系统安全的层面，实现了考虑地震和溃坝洪水共同作用的梯级土石坝坝坡稳定分析，为流域梯级水库群大坝风险分析与评估提供了技术支撑。

技术领域

本发明涉及水利水电工程领域，是一种分析极端工况下的梯级水库群土石坝安全水平的方法，是一种考虑“上游溃坝+地震”共同作用的梯级水库群大坝风险分析方法。

背景技术

我国河流梯级水库群开发格局已逐步形成，在防洪减灾、应对气候变化、清洁电力供应和碳中和目标实现等方面发挥了不可替代的作用。然而，超强降水、地震、滑坡堰塞湖、上游溃坝等极端状况，对梯级水库群大坝安全管理和风险防控构成了极大的威胁。譬如，2018年金沙江上游连续两次滑坡堵江形成的白格堰塞湖，均对下游在建的叶巴滩、苏洼龙电站，以及已建的梨园、阿海等梯级电站造成极大威胁。

按照现行设计规范，梯级水库大坝均可满足规范要求的持久设计状况、短暂设计状况和偶然设计状况的要求，但由于规范要求的三种设计状况均是以单一梯级水库大坝为设计对象，对流域梯级水库群大坝可能遭遇的极端工况的考虑尚有不足。考虑“上游溃坝+地震”极端工况下的梯级水库大坝风险分析与评估方法研究成果较少。因此，在流域尺度下，从流域梯级水库群系统风险防控的角度，考虑梯级水库大坝可能遭遇的极端工况，研究提出相应的风险分析和安全评估方法，可为流域梯级水库群安全管理和系统风险防控提供技术支撑。

本发明内容和效果

本发明内容

本发明根据流域梯级水库群风险管理工作需要和极端工况风险分析技术的不足，提供了一种考虑“上游溃坝+地震”作用组合的极端工况下梯级水库群土石坝风险分析方法。该方法通过将上游梯级溃坝洪水引起的下游梯级水库坝前水位变化模拟洪水作用，基于Bishop法并考虑坝体材料强度参数变异性，形成了下游梯级水库大坝遭遇“上游溃坝+地震”共同作用时的坝坡稳定安全系数的分布函数，进而计算大坝可靠指标的分析方法，可为流域梯级水库群系统风险防控方案的制定提供技术支撑。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种极端工况下的梯级水库群土石坝风险分析方法，所述梯级水库群包括至少两座或以上水库大坝，所述极端工况下的梯级水库群土石坝风险分析方法步骤如下：

1)选定梯级水库群土石坝风险分析对象。根据本发明需在同一流域或河段选定上下游相邻且具备水力关联的两座或以上梯级土石坝A和梯级土石坝B为风险分析对象。

2)上游A梯级土石坝溃坝洪水和演进计算。根据本发明要求，采用基于冲刷侵蚀的溃坝洪水分析模型，计算上游A梯级水库的溃坝洪水，演进至下游B梯级水库，并根据本发明提出的固定时段长度离散，计算得到大量不同时间段的B梯级水库的坝前水位。

3)极端工况下B梯级土石坝的坝坡抗滑稳定安全系数计算。根据本发明要求，基于B梯级大坝坝体材料抗剪强度参数及其分布概型，通过蒙特卡洛法随机抽样，并采用拟静力法模拟地震对坝坡稳定的影响，进而采用简化的Bishop法计算得到不同“坝体材料抗剪强度参数—坝前水位”组合的地震工况下B梯级土石坝的坝坡抗滑稳定安全系数F。