淤地坝放水建筑物水流特性与溃坝洪水过程模拟研究

发布时间：2019-09-17 23:39

【摘要】：淤地坝作为黄土高原主要的水土保持措施之一,在我国黄土高原地区分布非常广泛,有机统一了水土流失治理与农民脱贫致富的关系。竖井式放水建筑物是淤地坝的主要放水建筑物形式之一,实际运行中明满流交替的不利流态及负压区的出现,给建筑物及淤地坝的安全带来极大的隐患。但由于其结构及工况的特殊性,目前对于其泄流过程中的流量及压强等特性尚不明确。因此本文对竖井式放水建筑物展开实验研究,从水力学的角度探求竖井式放水建筑物破坏的原因,并通过模型模拟实现溃坝过程的反演,进而阐述其对沟道侵蚀动力过程的影响,研究结果以期为竖井式放水建筑物的设计提供科学依据。取得的主要结论如下:(1)基于物理模型实验和计算水力学数值模拟方法分析了竖井式放水建筑物在清水和含沙水流工况下的水力学特性。将竖井式放水建筑物的泄流状态分为竖井壁进水、环形堰与竖井壁进水、卧管控制流量3种。竖井壁进水阶段的流量系数计算公式改进后拟合程度较好;环形堰与竖井壁进水泄流状态下,含沙水流工况下的流量系数略大于清水工况。(2)分析了清浑两种工况下水头与含沙量对竖井式放水建筑物压强特性的影响。压强特性与泄流状态密切相关;当处在环形堰与竖井壁联合进水的泄流状态时,竖井内测点的脉动强度表现为清水工况大于含沙水流工况,而卧管进口处测点的脉动强度在环形堰与竖井壁联合进水与卧管控制流量两种泄流状态下均表现为含沙水流大于清水工况。含沙水流的频域特性分析显示,含沙量越大越容易产生大的涡旋。如果考虑含沙量影响,竖井式放水建筑物内可能会发生空化。竖井及卧管内的水流流态通过数值模拟得到了较为直观的反映。(3)采用MIKE 11水动力模拟软件对2012年“7.15”暴雨洪水期间发生的王茂沟流域淤地坝坝系溃坝过程进行了数值模拟,并将各单坝溃口形状及溃口尺寸的模拟结果与实测结果进行了比较分析,继而分析了淤地坝对沟道沿程洪峰流量、径流侵蚀能量的变化规律的影响。王茂沟坝系的4个坝系单元内均有溃坝现象发生,其中死地嘴、康和沟、黄柏沟单元出口处的水位过程不同程度地受到流域内溃坝的影响,应对黄柏沟单元出口处的淤地坝即黄柏沟1#坝进行加高,遏制流域内侵蚀能量向下游的扩展。沟道内的沿程径流侵蚀能量在现状工况及漫顶工况下均小于无坝工况。坝地可在一定程度程度上起到削减洪峰的作用,对下游的防洪安全具有积极作用。
【图文】：

技术路线图

平面布局,模型系统,平面布局

2 实验设计与测量技术验设计与测量技术实验装置与实验条件整个模型实验系统包括实验物理模型、量水堰以及由水箱、回水槽、蓄水池、自循环供水系统，，实验系统的平面布置示意图如图 2-1 所示。本研究所用实验物理模型的原型为根据王茂沟 2#坝的具体实际情况设计的配套水建筑物，根据设计洪水总量和水位库容曲线推求不同重现期洪水对应的坝前，在此基础上设计实验模型。物理模型按重力相似准则设计，模型比尺 1:10。及具体尺寸如图 2-2 所示。表 2-1 模型比尺Table 2-1 Model scale理量名称几何比尺流速比尺流量比尺压力比尺时间比尺糙率比尺关系 = 0.5 = 2.5 = = 0.5 = 尺数值 10 3.16 316.23 10 3.16 1.4
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TV122.4;TV135

【参考文献】