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水 利 学 报

２０２４年 ３月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 ３期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）０３ － ０３６７ － １１

堰塞坝溃决参数及其寿命预测

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冯震宇 ，杨兴国 ，周家文 ，廖海梅 １
（１．贵州大学 土木工程学院，贵州 贵阳 ５５００２５；
２．四川大学 水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，成都 四川 ６１００６５）

摘要：堰塞坝溃决洪水对下游影响区域的人民生命财产、基础设施以及生态环境构成严重威胁，提高堰塞坝溃决
参数及其寿命预测的准确度是应急处置的迫切需求。本文对全球 １９５７组堰塞坝案例分别进行地理、统计学分析，
在得到溃决参数主要影响因素的基础上，选取数据库中拥有完整信息的 ４８组案例，利用非线性回归方法分别建
立了洪峰流量、破坏深度、溃口顶宽、溃口底宽和溃决时长的预测模型，其均具有较高的拟合程度。之后分析了
堰塞坝溃决参数的敏感性，结果显示坝高对溃决过程有显著影响。此外，基于 １９组寿命信息充分的案例，使用
不同自变量和算法分别建立了蓄水阶段持续时间、溢流阶段持续时间的预测模型，并采用加权融合法提出了相应
的融合模型。该成果可为量化评估堰塞坝溃决过程参数和寿命预测提供参考。
关键词：堰塞坝；溃决参数；寿命分析；预测模型
文献标识码：Ａ
中图分类号：Ｐ６４２ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３０３６８

１ 研究背景

堰塞坝是由滑坡?崩塌、泥石流等失稳体堵塞河道而形成的天然坝体，上游库区水位可在坝体形成
后短时间内迅速雍高 ［１ － ２］ 。堰塞坝结构具有随机性强、密实度低、稳定性差等特点，２７％的堰塞坝在
形成当天溃决 ［３］ 。我国是堰塞坝数量最多的国家之一，溃坝洪水灾害长期威胁着我国人民的生命财产
３
安全 ［４ － ６］ 。２００８年汶川大地震导致的唐家山堰塞坝在形成 １４天后溃决，洪峰流量高达 ６５００ｍ ?ｓ，迫
使下游 ２０万人紧急撤离 ［７］ 。堰塞坝形成过程短，且通常处于交通不便的高原峡谷区，收集坝体不同
阶段的动力学参数，开展严密的缩尺物理模型试验难以实现，因此对信息要求较低的机器学习方法成
为现阶段研究堰塞坝溃决参数的一种重要手段 ［８］ 。
洪峰流量（Ｑ）、破坏深度（Ｈ）、溃口顶宽（Ｗ）、溃口底宽（Ｗ ）以及溃决时长（Ｔ）是主要的堰塞坝
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溃决因子，其直接影响溃决洪水对社会及生态的破坏程度。Ｃｏｓｔａ等 ［３］ 收集了来自意大利的 １０组堰塞坝
案例，建立了坝高、库容与洪峰流量的数学关系，随后基于库区水势能建立了新的洪峰流量预测公式 ［９］ ；
Ｗａｌｄｅｒ等 ［１０］ 基于库区水位变化和库容释放量建立了 ３个洪峰流量预测模型。上述模型的基础数据较少，
泛化能力较低。Ｐｅｎｇ等 ［１１］ 使用线性及非线性回归方法，通过引入无量纲参数建立了反映坝体几何形态、
水文参数和坝体结构的全溃决参数预测模型；石振明等 ［７］ 在此基础上对模型的无量纲参数和建模方法进
行了改进。这些模型的拟合及泛化能力较高，但对易蚀性的判定比较主观。Ｈａｋｉｍｚａｄｅｈ等 ［１２］ 考虑坝高及
库容建立了洪峰流量回归模型；齐子杰等 ［１３］ 考虑坝体几何形态和水文参数，建立了 ５个溃决参数模型。
这些模型忽略了坝体材料及结构对溃坝过程的影响。此外，部分学者通过训练集拟合能力或个别案例的

收稿日期：２０２３ － ０６ － ２０；网络首发日期：２０２４ － ０３ － ２２
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２４０３２１．１７０６．００１．ｈｔｍｌ
基金项目：国家自然科学基金区域创新发展联合基金项目（Ｕ２０Ａ２０１１１）；国家自然科学基金青年基金项目（４２１０７１８９）
作者简介：冯震宇（ １９９９ － ），硕士生，主要从事堰塞坝溃决参数及其寿命评估研究。Ｅ － ｍａｉｌ：９７１６８６１２７＠ｑｑ．ｃｏｍ
通信作者：廖海梅（１９８８ － ），博士，副教授，主要从事滑坡堰塞坝形成机理与风险防控研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｈｍｌｉａｏ１＠ｇｚｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
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