淤地壩放水建筑物水流特性與潰壩洪水過程模擬研究.pdf

1、淤地壩作為黃土高原主要的水土保持措施之一，在我國(guó)黃土高原地區(qū)分布非常廣泛，有機(jī)統(tǒng)一了水土流失治理與農(nóng)民脫貧致富的關(guān)系。豎井式放水建筑物是淤地壩的主要放水建筑物形式之一，實(shí)際運(yùn)行中明滿流交替的不利流態(tài)及負(fù)壓區(qū)的出現(xiàn)，給建筑物及淤地壩的安全帶來極大的隱患。但由于其結(jié)構(gòu)及工況的特殊性，目前對(duì)于其泄流過程中的流量及壓強(qiáng)等特性尚不明確。因此本文對(duì)豎井式放水建筑物展開實(shí)驗(yàn)研究，從水力學(xué)的角度探求豎井式放水建筑物破壞的原因，并通過模型模擬實(shí)現(xiàn)潰壩過程

2、的反演，進(jìn)而闡述其對(duì)溝道侵蝕動(dòng)力過程的影響，研究結(jié)果以期為豎井式放水建筑物的設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。取得的主要結(jié)論如下：
　?。?）基于物理模型實(shí)驗(yàn)和計(jì)算水力學(xué)數(shù)值模擬方法分析了豎井式放水建筑物在清水和含沙水流工況下的水力學(xué)特性。將豎井式放水建筑物的泄流狀態(tài)分為豎井壁進(jìn)水、環(huán)形堰與豎井壁進(jìn)水、臥管控制流量3種。豎井壁進(jìn)水階段的流量系數(shù)計(jì)算公式改進(jìn)后擬合程度較好；環(huán)形堰與豎井壁進(jìn)水泄流狀態(tài)下，含沙水流工況下的流量系數(shù)略大于清水工況。

3、>　　（2）分析了清渾兩種工況下水頭與含沙量對(duì)豎井式放水建筑物壓強(qiáng)特性的影響。壓強(qiáng)特性與泄流狀態(tài)密切相關(guān)；當(dāng)處在環(huán)形堰與豎井壁聯(lián)合進(jìn)水的泄流狀態(tài)時(shí)，豎井內(nèi)測(cè)點(diǎn)的脈動(dòng)強(qiáng)度表現(xiàn)為清水工況大于含沙水流工況，而臥管進(jìn)口處測(cè)點(diǎn)的脈動(dòng)強(qiáng)度在環(huán)形堰與豎井壁聯(lián)合進(jìn)水與臥管控制流量?jī)煞N泄流狀態(tài)下均表現(xiàn)為含沙水流大于清水工況。含沙水流的頻域特性分析顯示，含沙量越大越容易產(chǎn)生大的渦旋。如果考慮含沙量影響，豎井式放水建筑物內(nèi)可能會(huì)發(fā)生空化。豎井及臥管內(nèi)的水流流

4、態(tài)通過數(shù)值模擬得到了較為直觀的反映。
　?。?）釆用MIKE11水動(dòng)力模擬軟件對(duì)2012年“7.15”暴雨洪水期間發(fā)生的王茂溝流域淤地壩壩系潰壩過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，并將各單壩潰口形狀及潰口尺寸的模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了比較分析，繼而分析了淤地壩對(duì)溝道沿程洪峰流量、徑流侵蝕能量的變化規(guī)律的影響。王茂溝壩系的4個(gè)壩系單元內(nèi)均有潰壩現(xiàn)象發(fā)生，其中死地嘴、康和溝、黃柏溝單元出口處的水位過程不同程度地受到流域內(nèi)潰壩的影響，應(yīng)對(duì)黃柏溝單元出口