唐家山堰塞湖

篇一：汶川地震中唐家山堰塞湖泄洪问题

汶川地震中唐家山堰塞湖泄洪问题

摘要

本文研究的是唐家山地震次生灾害引发的堰塞湖问题，结合数字高程地图和新闻报道所提供的数据分别建立模型研究了唐家山堰塞湖形成之后湖水高程、蓄水量、溃坝情形、溃坝灾害等一系列问题。

针对第一问，首先对数字高程地图进行等高图像分析求解了堰塞湖不同高程水位（高程间隔为1米）对应的湖区面积，接着本文采用拟合法得到任意高程（710-750）的湖区面积，对高程积分建立了蓄水量体积与堰塞湖水位高程的离散化模型，然后建立了多元线性回归模型研究了北川天气预报3天降雨量与堰塞湖入库流量的关系，继而求解得到不同降雨量下每日堰塞湖水位高程。

针对第二问，首先研究泄洪过程和溃坝过程的区别与联系，从而分别建立正交多项式逼近和仿真模型得到溃坝时的溃口流量随时间变化的关系，继而分析求解得到溃坝时溃口宽度、深度、水位高程和水流速度随时间变化的关系。

针对第三问，综合数字高程地图和行政区域地图，在数字地图中查找地势相对较低区域,进而得到洪水下泄区域及被淹没区域。确定洪水的流速之后，利用数字地图计算了洪水到达各被淹没区域的时间，淹没范围，以及淹没之后的安全区域，并据此制订了初步的撤离方案。

关键字 微元积分 多元线性回归模型

2008年5月12日14：28在我国四川汶川地区发生了8.0级特大地震，给人民生命财产和国民经济造成了极大的损失。地震引发的次生灾害也相当严重，特别是地震造成的34处高悬于灾区人民头上的堰塞湖，对下游人民的生命财产和国家建设构成巨大威胁。加强对震后次生灾害规律的研究，为国家抗震救灾提供更有力的科学支撑是科技工作者义不容辞的责任。

唐家山堰塞湖是汶川大地震后山体滑坡后阻塞河道形成的最大堰塞湖，位于涧河上游距北川县城6公里处，是北川灾区面积最大、危险最大的堰塞湖，其堰塞体沿河流方向长约803米，横河最大宽约611米，顶部面积约为30万平方米，主要由石头和山坡风化土组成。由于唐家山堰塞湖集雨面积大、水位上涨快、地质结构差，溃坝的可能性极大，从最终的实际情况看，从坝顶溢出而溃坝的可能性比其它原因溃坝的可能性大得多。

经过专家分析，采取有效措施，最终完成了唐家山堰塞湖的成功泄洪。当时的科技工作者记录了大量的珍贵数据，新闻媒体也对唐家山堰塞湖进展情况进行了及时的报道，通过对这些数据的收集（由于数据来源不同，数据有些冲突，以新华社报道的相关数据为准），我们对堰塞湖及其泄洪规律进行了初步研究，完成以下工作：

1.建立唐家山堰塞湖以水位高程为自变量的蓄水量的数学模型 ，并以该地区天气预报的降雨情况的50%，80%，100%，150%为实际降雨量预计自5月25日起至6月12日堰塞湖水位每日上升的高度(不计及泄洪)。（由于问题的难度和实际情况的复杂性及安全方面的考虑，没有充分追求模型的精度，以下同）；

2.唐家山堰塞湖泄洪时科技人员记录下了大量宝贵的数据。我们在合理的假设下，利用这些数据建立堰塞湖蓄水漫顶后在水流作用下发生溃坝的数学模型，模型中包含缺口宽度、深度、水流速度、水量、水位高程，时间等变量。

3.根据数字地图，给出坝体发生溃塌造成堰塞湖内1/3的蓄水突然下泻时（实际上没有发生）的洪水水流速度及淹没区域（包括洪水到达各地的时间），并在此基础上考虑洪水淹没区域中人口密集区域的人员撤离方案。

4.根据我们所建立的数学模型分析当时所采取对策的正确性和改进的可能性。讨论应对地震后次生山地灾害 (不限堰塞湖) ，科技工作中应该设法解决的关键问题，并提出有关建议。

1、

降雨量预报数据绝大部分为区间值，而且一天预测多次，我们取其平均值作为一天的降雨量。不计及泄洪，水位上升高度除与降雨量有关，与上游流量亦有关联。考虑用神经网络模型反映前两天的降雨量与当日入湖流量增量的关系。进而利用堰塞湖该地区的降雨量预测湖中水位上升高度；

2、 假设单位长度湖面可以看做为矩形，当长度很小的时候鉴于微元的思想是

?h

可以接受的

；

(来自:WwW.smhaida.Com 海达 范文 网:唐家山堰塞湖)

3、 溃坝过程与泄洪过程内在机理是相同的，泄洪相当于一次小型溃坝； 4、 溃坝水位高程750米对应的堰塞体构造与泄洪743米对应的堰塞体构造是

一样的，因而溃口处沙石泥土等内部结构一样。

三、 符号说明和名词解释

V： 堰塞湖内蓄水量，即总库容，单位：亿立方米

h(t)：坝前水位高程，单位：米

hb0： 堰塞湖底部高程，常数?667.4米

R(t)：堰塞湖每天的新增水量 ，单位：亿立方米

QIN(t)：t时刻的单位入湖流量，单位：立方米/秒 QOUT(t)：t时刻的单位泄流量，单位：立方米/秒

四、 问题分析

1.研究不同高程水位对应的堰塞湖蓄水量，即研究不规则体的体积问题，可以考虑引入面积对高度的微元进行积分这一思想进行求解。新闻报道中的实际数值可以作为求解时的重要参考和校正点。在研究降雨量和堰塞湖水位的关系之时，认为将这一问题转化为首先研究降雨量和库容变化量之间的关系更为直观，考虑到两者关系的复杂性，并不一定需要建立明确的函数关系式。

2.现实中唐家山并没有发生溃坝，无法获得溃坝的直接数据。这里也十分缺乏利用成型模型求解溃坝问题的大量参数。但是唐家山的泄洪的规模也是非常大的，可以借助研究唐家山的泄洪过程分析这一泄洪和溃坝的区别与联系，继而通过拟合、仿真等手段得出唐家山的溃坝过程。

3.结合数字地图可以求得不同位置的海拔高度，根据水顺势而流的原理就可以推算洪水的流经区域。结合泻出的洪水量就可以结合问题1的思想计算求解淹没范围。

五、 模型准备

5.1.1模型的分析与准备

[1]初始数据提取与分析

唐家山堰塞湖是由地震活动引起山崩滑坡体堵截河谷或河床后贮水而形成的湖泊，湖泊总蓄水量与湖泊水位高程相关，研究附件提供的数据（见表一）

? 数据分布不均匀，主要集中在（710?720）和（730?740）两个水位

段；

? 数据量较少，整个水位高程对应的数据不完善；

随着水位高程增加堰塞湖蓄水量的变化率趋势总体上越来越大，但增长规律不够稳定，有些高程大的水位蓄水量增长反而慢，数据可能有误差。

[2]数字高程地图图像处理

湖泊总蓄水量由不同水位高程的剖面蓄水量组成，且不同水位高程剖面的蓄水量随着水位高程增加有增大的趋势，图5.1，图5.2为数字高程地图处理后所得730米、750米水位高程对应的横向剖面图：

图一水位高程为730米时堰塞湖图像面积

图二水位高程为750米时堰塞湖图像面积

从图一、图二可以看出唐家山堰塞湖不同水位高程时横向剖面面积不同，水位高程大对应横向剖面面积也大，因为图中白色边宽。

堰塞湖横向剖面图像面积的处理方法：

相对面积的获取可以从附件所给的唐家山数字地图上得到，具体步骤如下： Step1:利用所给的3DEM软件将tjs.dem文件载入。

Step2:利用唐家山的经纬度与高度，从709m开始至750m，以1m为间隔设定某一高度值，例如720m，为高度分界值后，将原数字地图分为两种明显的不同颜色。

Step3:保存新得到的数字地图。

篇二：唐家山堰塞湖最新消息

篇三：汶川地震中唐家山堰塞湖泄洪问题1069804论文

1. 问题重述与分析

2008年5月12日14时28分，我国四川省汶川地区发生里氏8.0级强烈地震。此次地震，导致大量山体滑坡、崩塌，堵截河谷或河床后贮水而形成众多堰塞湖。截至5月22日，震灾区共发现堰塞湖33处。主要堰塞湖分布如下图所示。

图1 汶川地震灾区部分堰塞湖分布示意图

注：图片来自新华社

在规模大小不等、影响范围不同、危险程度各异的堰塞湖中，位于北川县城上游的唐家山堰塞湖风险最大，影响范围很广，一旦因为余震或暴雨来袭出现险情，后果相当严重，引起高度关注。科技工作者需要收集当地的气象资料、水文资料等作为参考，研究唐家山堰塞湖及其泄洪规律，为政府和人民采取正确的对策提供依据。

本题目需要解决的问题如下：

问题一：根据参考资料，建立唐家山堰塞湖的水位高程-蓄水量数学模型。并按当地天气预报的降雨量的50%，80%，100%，150%为实际降雨量，预测堰塞湖水位每日上升的高度。

问题二：建立堰塞湖蓄水漫顶后在水流作用?a href="http://www.zw2.cn/zhuanti/guanyuluzuowen/" target="_blank" class="keylink">路⑸０拥氖Ｐ汀?/p>

2

问题三：根据数字地图，给出1/3溃坝时唐家山下游地区的淹没情况分析方法，并在此基础上提出下游人口密集区域的人员撤离方案。

问题四：根据建立的数学模型分析当时所采取对策的正确性和改进的可能性。讨论为应对地震后次生山地灾害（不限堰塞湖），科技工作中应该设法解决的关键问题，并提出有关建议。 问题分析：

地震是一种多发自然灾害，其震后次生的各种山地灾害，如堰塞湖，也对人民大众的生命财产安全造成了很大的威胁。如何科学、快速、有效的对这些灾害险情作出反应处理成了考验政府，考验科技工作者的一道难题。

堰塞湖溃坝风险及下游淹没分析涉及到气象学、水力学、地质学、水文学等多方面知识，模型复杂，数据处理量大。对此问题进行理论分析推演，代价极大，几乎不可能实现。传统的方法主要是建立在对以往数据分析总结的基础上，运用经验公式解决实际问题。

问题一要求建立水位高程-蓄水量的关系，可依照附件中提供的数据，采用拟合的方法建立关系函数。对日水位升高量的估计涉及到降雨、径流等水文学方面的知识，应当从水文学的角度考虑，以解决这一问题。

问题二的因素极多，各个变量间关系复杂，涉及的知识专业性强。为了理清关系，建立模型解决该问题，必须参考相关研究和现有数据，在前人的基础上进行改进或提高。

问题三的提出，出于一个保护人民生命安全的实际考虑。在DEM数字高程模型的基础上，可以考虑通过按网格进行推演的方法解决问题三，但该方法可能实现复杂程序繁琐。在时间有限的情况下可以考虑便捷方法，或可达到目的。

2. 问题基本假设

① 天气预报数据以之前最近一日发布的为准，及时更新。 ② 不考虑上游来水。 ③ 不考虑泄洪。

④ 不考虑坝内淤积对水深的影响。 ⑤ 溃坝时不考虑河底的阻力。

⑥ 发生斜底无阻力瞬时溃时溃口瞬间达最大。 ⑦ 下游地区断面近似为梯形。

3. 符号说明

表1 符号说明

3

4

4. 模型建立与求解

4.1 问题一

4.1.1 唐家山堰塞湖基本概况

唐家山堰塞坝[1]位于北川县城上游6km的通口河上，下距苦竹坝约1km，集水面积3550km2，堰塞湖总容积约 3.15亿立方米。坝址区通口河为不对称的V型河谷，右岸较陡，坡度60o左右；左岸坡较缓，坡度约为30°。唐家山堰塞坝坝体长803.4m，宽611.8m，面积30.72万平方米，体积2037万立方米。坡体右侧、中部和左侧分布3条沟槽，右侧沟槽最高点高程752.2m，宽20～40m，贯通上下游。堰塞坝最高点高程793.9m（黄海高程，下同）；堰塞坝底高程669.55m。

坝址具体位置见下图：

图2 唐家山堰塞坝位置图

图中显示，北川县上游通口河岸共有三处滑坡。其中，一号滑坡体位于白果村附近，该滑坡体形成的堰塞湖称为白果村堰塞湖；二号滑坡体位于新街村附近，

5

所形成的堰塞湖称为新街村堰塞湖；三号滑坡体位于唐家山，形成的堰塞湖称为唐家山堰塞湖。本文所有研究讨论的对象均以三号滑坡体所形成之唐家山堰塞湖为准。

4.1.2 堰塞湖水位高程-蓄水量模型

为预计降水情况对堰塞湖水位的影响，这里首先建立堰塞湖水位高程与蓄水量的关系曲线。根据题目附件中《中国水利一线记者：.doc》和《唐家山堰塞湖抢险全记录.doc》文件资料中的数据，本文总结了实际测得的唐家山堰塞湖坝前水位和蓄水量的数据，整理如下表所示：

表2 唐家山堰塞湖坝前水位和蓄水量表

上表中坝前水位以米（m）为单位，蓄水量以亿立方米为单位。 在此数据的基础上以坝前水位高程为自变量，蓄水量为因变量进行三次多项式函数拟合，具体曲线拟合过程如下图所示：

图3 水位高程-蓄水量关系图（曲线拟合过程）

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篇四：汶川地震唐家山堰塞湖泄洪问题

汶川地震中唐家山堰塞湖泄洪问题

08年5月12日14：28在我国四川汶川地区发生了8.0级强烈地震，给人民生命财产和国民经济造成了极大的损失。地震引发的次生灾害也相当严重，特别是地震的造地运动形成了三十多个高悬于灾区人民头上的堰塞湖，对下游人民的生命财产和国家建设构成巨大的威胁，其中以唐家山堰塞湖尤为严重。

唐家山堰塞湖的堰塞体沿河流方向达800多米，从最终的实际情况看，从坝顶溢出而溃坝的可能性比其它原因溃坝的可能性大得多。我们收集了大量当时新闻媒体对唐家山堰塞湖进展情况的报道和博客上的数字地图，其中包括大量的珍贵的数据（数据见附件）。由于来源不同，如有冲突请以新华社报道的相关数据为依据，当然也可以收集其它数据作为参考。请研究堰塞湖及其泄洪规律，完成以下几项工作：

1.建立唐家山堰塞湖以水位高程为自变量的蓄水量的数学模型 (见附件1）。并以该地区天气预报的降雨情况的50%，80%，100%，150%为实际降雨量建立模型预计自5月25日起至6月12日堰塞湖水位每日上升的高度(不计及泄洪)。（由于问题的难度和实际情况的复杂性及安全方面的考虑，建议不要过分追求模型的精度，以下同）；

2.这次唐家山堰塞湖泄洪时科技人员记录下了大量宝贵的数据（见附件2），请你利用这批数据尝试在合理的假设下建立堰塞湖蓄水漫顶后在水流作用下发生溃坝的数学模型，建议包含缺口宽度、深度、水流速度、水量、水位高程，时间等变量。

3.根据数字地图（地图和使用方法见附件3）给出坝体发生溃塌，造成堰塞湖内1/3的蓄水突然下泻时（实际上没有发生）的洪水水流速度及淹没区域（包括洪水到达各地的时间），并在此基础上考虑洪水淹没区域中人口密集区域的人员撤离方案。

4.请根据你们所建立的数学模型分析当时所采取对策的正确性和改进的可能性（见附件4）。讨论为应对地震后次生山地灾害 (不限堰塞湖) ，科技工作中应该设法解决的关键问题，并提出有关建议。

篇五：汶川地震唐家山堰塞湖泄洪问题(终)

汶川地震中唐家山堰塞湖泄洪问题

今年5月12日14：28在我国四川汶川地区发生了8.0级强烈地震，给人民生命财产和国民经济造成了极大的损失。地震引发的次生灾害也相当严重，特别是地震的造地运动形成了三十多个高悬于灾区人民头上的堰塞湖，对下游人民的生命财产和国家建设构成巨大的威胁，其中以唐家山堰塞湖尤为严重。加强对震后次生灾害规律的研究为国家抗震救灾提供更有力的科学支撑是科技工作者义不容辞的责任。

唐家山堰塞湖的堰塞体沿河流方向达800多米，从最终的实际情况看，从坝顶溢出而溃坝的可能性比其它原因溃坝的可能性大得多。我们收集了大量当时新闻媒体对唐家山堰塞湖进展情况的报道和博客上的数字地图，其中包括大量的珍贵的数据（数据见附件）。由于来源不同，如有冲突请以新华社报道的相关数据为依据，当然研究生们也可以收集其它数据作为参考。请研究堰塞湖及其泄洪规律，完成以下几项工作：

1.建立唐家山堰塞湖以水位高程为自变量的蓄水量的数学模型 (见附件1）。并以该地区天气预报的降雨情况0—300%为实际降雨量建立模型预计自5月25日起堰塞湖水位每日上升的高度(不计及泄洪)。（由于问题的难度和实际情况的复杂性及安全方面的考虑，建议不要过分追求模型的精度，以下同）；

2.这次唐家山堰塞湖泄洪时科技人员记录下了大量宝贵的数据（见附件2），请研究生利用这批数据尝试在合理的假设下建立堰塞

湖蓄水漫顶后在水流作用下发生溃坝的数学模型，建议包含缺口宽度、深度、水流速度、水量、水位高程，时间等变量。

3.根据数字地图（地图和使用方法见附件3）给出坝体发生溃塌，造成堰塞湖内1/3的蓄水突然下泻时（实际上没有发生）的洪水水流速度及淹没区域（包括洪水到达各地的时间），并在此基础上考虑洪水淹没区域中人口密集区域的人员撤离方案。

4.请根据你们所建立的数学模型分析当时所采取对策的正确性和改进的可能性。讨论为应对地震后次生山地灾害 (不限堰塞湖) ，科技工作中应该设法解决的关键问题，并提出有关建议。 附注：(1) 因为数据量比较大，在题目公布一小时后再公布数据。

(2) 要求在参考文献中列出论文中用到的资料的来源(包括网站、博客)。

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