简谈堰塞坝及其溃决模拟研究评述论文(2)
时间：2021-08-313.3堰塞坝溃决的三维视景模拟
随着计算机图形学、地理信息系统(GIS)、遥感等技术的快速发展，结合数值模拟的三维视景可视化研究受到越来越多水利专家、学者的青睐。三维视景模拟是虚拟现实的一种表现形式，是结合研究对象通过实时三维图形技术展现出的逼真的虚拟现实场景，相对实体模型来说更精确、更易实现。堰塞坝溃决洪水三维视景仿真主要通过三维图形实时展示堰塞体溃决后下游河道的洪水运动状态，包括瞬时流量、水位、到达时间以及影响范围等动态因素，可对溃决洪水进行实时预测和分析，从而为决策者制定防洪方案提供准确信息，降低堰塞坝溃决洪水造成的损失。冶运涛等开发了汶川地震灾区堰塞湖溃决洪水淹没过程的三维可视化系统，直观展示了堰塞湖的蓄水过程和洪水演进的三维效果;陈伟利结合唐家山堰塞湖区域航空遥感影像数据及DEM高程数据，验证了该区域的地形构建原理及工作流程，发布后通过仿真引擎VegaPrime初步实现了该区域三维地形仿真系统的构建;钟登华等采用三维溃堤洪水演进数学模型对长距离调水工程进行了溃决洪水演进模拟，在虚拟现实平台上开发了溃决洪水淹没演进的三维情景仿真系统。相关溃决的三维视景模拟可对堤防管理，下游防洪和应急决策提供虚拟可视化情景分析与展示。
3.4堰塞湖除险减灾
按照存在的时间长短，堰塞湖可分为高危型堰塞湖、稳态型堰塞湖和即生即消型堰塞湖三种类型，其中高危型堰塞湖威胁最大，是需要实施除险减灾措施的主要对象。在除险减灾过程中，首先进行堰塞湖溃决致灾风险评价，然后对除险减灾措施进行优化决策。由于溃决机理的复杂性，因此目前对堰塞湖的溃决预报还不成熟，而溃坝洪水的下游演进和淹没范围计算已有较成熟的方法和多种模型。相应地，溃口洪水过程预报的不准确、应急分析时下游河道水沙资料的不完整，大大降低了洪水演进模型的预报精度，导致了洪水淹没分析结果及风险评价结果的显著不确定性。在高危堰塞湖的除险处理方面，主动开挖泄流明渠、降低溃决时坝前水位是控制溃决洪水的一种有效方法，成功应用于西藏易贡堰塞湖和“5·12”汶川特大地震形成的唐家山堰塞湖、肖家桥堰塞湖的工程除险。但是，泄流明渠的开挖时机、开挖程度、开挖位置等都与除险目标(控制后的溃决洪水过程)直接相关，目前尚缺少优化方法的`研究。 4需要重点研究的若干关键问题
(1)堰塞体形成过程中的土石料堆积分选机制。堰塞体结构和物质组成是堰塞体破坏溃决过程模拟和预报的基本岩土参数。但是，由于堰塞湖形成突然、进入现场难度大、难以及时直接获知堰塞体内部结构和物质组成，因此需要研究建立快速判别堰塞体结构和物质组成的方法。土石料堆积分选机制作为松散土石体运动过程中的内在力学机制，将是堰塞体物质结构和组成与源区失稳土石体的物质结构和组成之间的内在联系。可以通过土石料堆积分选机制的研究，将堰塞体结构和物质组成的判别与源区失稳土石体的特征识别联系起来。
(2)强非恒定流、非均匀流下的输沙理论。现有泥沙输移理论基本上是在恒定均匀流条件下建立的，且强烈依赖于理论检验的输沙资料。堰塞体溃决过程中水流和边界发生复杂变化，具有强非恒定、非均匀特点，与溃口变形直接相关的泥沙输移还没有相应条件下的理论模型(包括启动、推移质运动、悬移质运动等不同内容)。同时，堰塞体松散土石料的输移资料基本无历史观测资料，现有输沙理论外延应用的误差大。因此，亟需研究松散土石料的泥沙输移特征并建立溃决水流条件下的输沙理论模型。
(3)多机理耦合的溃口发展模型。堰塞体溃决过程中包含复杂的水土耦合作用。除了典型的水力冲刷和重力坍塌以外，还存在沿流向的冲决破坏(滑动、倾覆或挠曲破坏)。只有合理考虑这些力学机理的作用，才可能建立起可靠的溃决模型。现有机理模型由于在机理描述上存在不足，因此尚不能模拟从初始破坏至溃口稳定的溃决全过程，如初始渗透变形所致的坝顶坍塌、溃口发展的溃决过程。另一方面，天然堰塞体通常显著厚于人工土石坝，溃口发展在时间上和沿程上都极不均匀，现有经验模型和参数模型都难以应用。
(4)大尺度堰塞坝溃决实体模型试验。目前专门针对堰塞坝的溃决过程实体模型试验或大尺度试验研究较少，尤其是在符合模型相似律的实体模型试验研究方面。已有的水槽试验研究中只局限于少数影响因素的分析，缺乏对漫顶溃决过程影响因素的系统性试验分析研究。因此，有必要开展符合模型相似律的实体模型试验，分析研究可冲蚀坝漫顶溃决机制及下泄流量变化过程。
(5)如何降低除险减灾策略制定中的不确定性。堰塞湖的处置通常具有显著的应急特征，堰塞湖、堰塞体及下游易受灾地区的信息一般并不完整。为了提高除险减灾措施的可靠性，通常需要通过不同方法进行对比决策。相应地，在堰塞湖入流预报、溃决过程预报和下游洪水演进、淹没预报等环节中，基础资料的误差、预报方法的差异和误差等都具有强烈的不确定性，从而对除险减灾策略的制定及实际实施效果产生重要影响。在这种不确定性的实际条件下，需要估计不同环节的不确定性大小和环节之间的传递过程，从而寻求降低不确定性的有效方法，提高除险减灾决策的可靠性、科学性。
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