水利预言战队 ——记“梯级水库群全生命周期(2)

基础战打响后，团队更加动力十足，开始向梯级水库群中的最主要风险——大坝溃决这一难题发起攻击。团队对土坝溃坝机理与溃坝洪水过程进行了重点研究，发现了溃坝模型存在的几个重要问题：

（1）难以有效模拟侵蚀速率与冲刷强度之间的关系；

（2）曼宁公式对水力坡度非常敏感；

（3）侧向展宽过程无法回避临界滑裂面搜索；

（4）数值求解迭代过程不稳定。

这直接导致了溃坝洪水计算结果的不稳定。为此，在水力学和岩土力学理论的基础上，在岩土专家、团队成员陈祖煜院士的指导下，项目团队提出了一种双曲线侵蚀率的新模型，有效模拟了溃坝冲刷的过程；他们还采用水头跌落系数确定了坝顶水流深度，使计算精度得以提高，进而解决了现有溃坝模型不稳定的难点。

项目组成员考察大渡河电站

“计算过程中，高度非线性迭代的问题该如何解决呢？”有人就此提出疑问。但当团队将以流速变化为起始输入变量的计算过程成功建立后，疑问也就此打消。对土石坝溃坝研究取得的一系列成果，引起了国内外水利研究领域的关注，成果还在ASCE期刊上发表了相关最新研究进展论文。

要说水库设计过程中最为重要的关键点是什么，相信很多人都会想到安全性，的确如此。但所谓安全工程，不是仅仅保证工程本身的安全就万事大吉了，更为重要的是对公共安全的保障，也就是要达到社会可接受的水平。为了使梯级水库群达到公共安全的要求，基于相对安全率理论，团队还首次提出了“风险标准—风险等级—风险设计指标”的梯级水库群风险设计理论体系。此前，想要在传统安全系数与风险设计指标之间进行相互换算，始终不能如愿，如今，该体系成功突破了技术瓶颈，也为以后梯级水库风险设计规范的制定提供了很好的模板。

此外，团队仔细研究大渡河的地形、地质、水文条件等因素，针对高土石坝的坝基地震失稳、坝体渗透破坏和坝顶漫顶溃决等主要破坏模式开展系统分析，揭示了挡水建筑物设计、建设、运行全过程的风险防控机理。其中，团队研发的世界首台大型水平、竖直双向离心机振动台，首次实现了近场强震条件下砂层液化的双向振动超重力物理模拟；在对深厚覆盖层动强度参数确定方法建立中，他们将土体原位结构效应考虑到其中，并对原有规范覆盖层地震液化判断准则进行了重新修订，目前已经颁布实施。

如果说在维护梯级水库群安全性这场大战中，前面所做的努力是在打基础，那么泄水和交通完全可以称得上是梯级水库群最重要的生命线工程了。为了使生命线得以正常运行，团队合力系统揭示了多风险源下梯级水库群生命线工程灾变机理，他们基于边坡、隧洞、桥梁等关键单元，率先建立了梯级水库群泄水系统风险定量分析模型，又进一步构建了交通生命线风险评估理论和方法。成果获得众多国内外同行知名专家的认可和引用，还发表于Journal of Hydraulic Engineering、Journal of Hydrodynamics等国际知名期刊上。

大渡河梯级水库建设现场

与此同时，目前对水库进行的安全监测与应急处置，大部分还是注重单库单坝，并没有考虑到流域整体的安全问题，因此接下来要做的就是将梯级水库群看作一个整体来研究。于是，团队在梯级水库群风险动态评估理论基础上，充分发挥创新力，提出了梯级水库群风险预警调控技术，并针对水库安全监测指标体系存在的时空覆盖范围和分辨力不足、没有考虑水库连溃、缺少应急监测规划等缺陷，首次提出了基于“流域信息整合”和“灾害事件驱动”的梯级水库群动态安全监测指标体系。

此外，团队更进一步完善了梯级水库群的风险预警方法和应急调控技术，他们在全面监测的基础上，构建了梯级水库群动态安全评价指标体系，提出了基于贝叶斯网络的梯级水库群风险预警方法以及漫坝风险率和失稳风险率的计算方法。有了风险预警的牵头，团队进而提出了梯级水库群关键调控阈值、应急调度模式和超额水量分配模型，对大渡河梯级水库群制定了清晰的应急处置流程，并编制了应急调度预案，力图将问题在源头上一举拿下。

十年磨一剑。团队付出的努力并没有白费，据悉，梯级水库群风险评估、风险预警、应急处置等研究成果，已经成功应用于大渡河流域的工程设计、建设和运行，事实也证明，流域风险管理水平得到了显著提高。除此之外，风险设计理论也在双江口水库开展设计复核工作过程中成功得到应用，值得一提的是，正是在该理论的基础上，研究人员提出了增加裕富超高等工程措施建议，最终满足了特等工程设计安全标准的要求。

文章来源：《生命的化学》 网址: http://www.smdhx.cn/qikandaodu/2020/1117/376.html