現(xiàn)地試驗分析雙天然堰塞湖潰決特性課件

1、現(xiàn)地試驗分析天然堰塞湖雙壩潰決歷程授課教師：黃隆明指導教授：陳樹群研究生：曾馥敏1Prototype Field Experimental Analysis of Natural Dual-Dam Failure Behavior大綱前言前人研究研究區(qū)域試驗歷程討論結(jié)論2前言豪大雨侵襲常導致許多崩塌與土石流於山區(qū)發(fā)生，造成河道的破壞。崩落土石進入河道，形成堰塞壩，將上游來水阻擋住致使堰塞湖的產(chǎn)生；水位持續(xù)上升淹過壩頂時，水體從壩頂隨著坡面溢流而下，最終堰塞壩體潰決，對河道造成二次破壞，嚴重威脅下游居民安全。近年極端氣候出現(xiàn)頻率越來越頻繁，導致洪水、崩塌、土石流等複合型災害發(fā)生頻度上升，造成的災

2、害已經(jīng)有次數(shù)逐漸增多且規(guī)模越來越大的趨勢。莫拉克颱風後太麻里溪堰塞湖空照34Schuster(1986)從文獻資料中分析全世界135個具代表性之堰塞湖，歸納出堰塞湖之成因，最主要的誘因有兩種，降水(包括降雨與融雪)及地震，佔總共案例之84%，其次為火山爆發(fā)，佔7%，另外尚有其他因素，如河道部分結(jié)冰或植物殘材等物阻塞河道而形成堰塞湖者，共佔9%。臺灣地區(qū)絕大多數(shù)的堰塞湖成因皆為降雨與地震造成河道兩岸邊坡崩塌，崩塌土體進入河道堵塞而成。本研究之堰塞壩體成因亦與此相同。前人研究Schuster et al.(1986)統(tǒng)計分析過去大量堰塞湖災害案例中發(fā)現(xiàn)，堰塞壩潰決形式主要分為三種：溢流侵蝕(ove

3、rtopping)、壩體滑動潰決(slope failure)以及管湧(piping)；其中以壩頂溢流破壞為最主要之潰決形式。前人研究5田畑茂清(2002)也指出堰塞壩潰決過程大致可分為三種型式：、溢流侵蝕潰決型(Erosion by Overtopping)、滑動崩決型(Instantaneous Slip Failure)、溯源漸進潰決型(Progressive Failure)6前人研究7劉寧等(2013)根據(jù)因汶川地震形成之宗渠堰塞壩進行縮比試驗，分析堰塞壩潰決歷程與機制，發(fā)現(xiàn)潰決歷程受構(gòu)成壩體材料之密度與級配影響。前人研究8北港溪蘭島溪崩塌面積：13 公頃崩塌土方量：約 250 萬立

4、方公尺面積：170.5 公頃平均高程：1,216 公尺起伏量：1,224 公尺平均坡度：44o45o主流長度：2,792 公尺降雨強度(I50)：108 公釐 /小時洪峰流量(Q50)：41 立方公尺/秒基本資料土方資料水文資料研究區(qū)域試驗配置9研究區(qū)域10試驗流程圖試驗歷程討論11L1/2L壩體間距L=32.4m試驗歷程討論12Dam1Dam2試驗歷程討論壩體間距1/2L=16.2m13Dam1Dam2壩體間距L之實驗花了較少的時間來發(fā)展管湧，但該次實驗受天氣影響，河道土砂與壩體含水量較多，入滲的水流不必再淹滿孔隙，故可在較短的時間內(nèi)便形成初始的管湧。當壩體之含水量飽和並形成管湧後，管湧流量

5、擴大的速率卻相當接近，L=32.4m與L=16.2m都約在300sec左右使管湧流量增加了約0.4-0.5 m3/s。顯示當壩體飽和後，管湧的發(fā)展僅與壩體幾何與組成有關(guān)，而本研究中兩次實驗皆擁有相同條件的壩體，故其管湧形成後，管湧擴大的速率皆一致。管湧是否可繼續(xù)擴大而導致壩體潰決，則需視管湧擴展的速率是否可超過上游之入流量而定。試驗歷程討論管湧發(fā)展歷程14試驗歷程討論壩體間距對潰決之影響15L1/2L當水位逐漸升高，受管湧現(xiàn)象及堰塞湖蓄水體積影響，水位上升速率會稍微減緩。雙壩之主要交互影響為上游潰決水流造成下游湖體水位迅速抬升，縮短堰塞湖蓄水歷程及管湧作用影響時間。下游壩體破壞程度會隨兩壩之間距離縮短而增加，下游壩體破壞時間則會隨兩壩之間距離縮短而減少。較短的壩體間距中，下游壩的上游面確實受到潰決水流的沖擊，而被沖開較大的缺口，進而降低了壩體抵抗溢頂水流侵蝕之能力。於潰決歷程中壩體潰口處之泥沙為主要土方來源，其提供之土