上游溃坝洪水在下游库区演进规律及坝面水流爬升过程研究

发布时间：2020-09-30 16:23

　　为了开发利用水资源,我国修建了大量的水库大坝。水库大坝在最大限度实现水资源综合利用的同时,也孕育着潜在的风险。随着时间的推移,许多水库不可避免地出现老化、坝体病险的现象。当病险积累到一定程度,或者出现极端的外来荷载时,比如突发的地震、迅猛的洪水、战争等,水库大坝可能会溃决。溃坝是水库大坝的极端风险后果,目前关于溃坝的研究主要是单个溃坝洪水的演进规律研究,而针对梯级水库上游大坝溃决而下游大坝不溃的洪水演进、回流影响以及坝前洪水的爬升过程等方面的研究并不多。本文在前人的研究基础上,通过向下快速抽离闸门的方式实现了上游水体自顶部向下迅速溃决,在矩形断面水槽中,进行了一系列的溃坝试验。主要内容和结论如下:(1)利用梯级水槽模型开展不同下游初始水深条件的溃坝试验,结果表明:下游水库初始水深对溃坝水流运动模式有很大的影响,溃坝洪水在下游库区的演进过程,根据下游库区内的初始水深可以大致分为三种模式,即爬升模式、跃冲模式、推进模式。(2)在上游水库大坝溃决而下游水库大坝不溃坝情况下,上游大坝(即闸门)处洪水的演进过程明显分成四个阶段,即水位迅速下降阶段、水位相对稳定阶段、水位上升阶段和水位缓慢下降阶段。(3)上下游库区初始水位即上下游库区水头差对溃坝洪水演进过程中的流速、坝前洪水爬升高度有较大影响,由于下游库区水体的阻碍,相对于下游库区无水情况,下游库区有水情况下上游溃坝洪水进入库区后的演进及回流速度显著减小。(4)溃坝洪水到达下游坝面后发生回流,在回流产生的负波与向下游传播的溃坝波的交界面也会产生喷射流,喷射流的大小与下游库区的水深呈正相关关系,且该喷射流的规模比溃坝洪水向下游演进过程中形成的喷射流大。图[25]表[6]参[81]
【学位单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TV122.4
【部分图文】：

技术路线图

水槽模型,梯级,单位,闸门

槽底用水泥层均匀覆盖，水泥上铺设有河卵石以增加河床阻力并模拟河床底形。在水槽下方有不锈钢做成的水箱，水槽中的水流从尾门流出，进入水箱，从而达到循环往复效果，避免造成水资源的浪费。在梯级水槽中，设有三个闸门来模拟梯级水坝，三个闸门分别位于距离水槽上游边壁 370cm、590 cm 和800 cm 处。闸门 1、2 和 3 将水槽分为 3 部分，分别为上游、中游和下游，闸门后面为出水区。此次试验的目的是探究上游大坝溃决而下游大坝不溃时，溃坝水流的演进情况，即第一个闸门开启而第二个闸门关闭时，水槽上游水流倾塌演进情况，因此本次试验所用梯级水槽为上游和中游部分，下游部分仅作为排水区来使用。试验所用的闸门的材质是铸铁钢板，厚度达到了 4 mm，闸门 1 和 2 重约25 kg。下游初始水深由出口处的尾门调节，当下游水深达到试验要求时，将闸门3 升起；中游初始水深由闸门 3 控制，当中游水深达到试验要求时，升起闸门 2之后利用尾门来控制下游水深以达到试验要求。当闸门开启时，上游水库中蓄存的水迅速下泄在梯级水槽中形成了溃坝水流。图 2 中出现的 A1、A2、A3 点为WR2088LT 型水位变送器放置位置，S 点为 ADV 测速仪放置位置。

水泵控制系统

安徽理工大学硕士学位论文利用，避免造成水资源的浪费，如图 3 所示。水泵控制系统由水泵智能控制器与离心泵两部分组成。水泵智能控制器有手动和自动两种工作模式可供选择，而且在梯级水槽满水时或下方的水箱缺水时，水泵智能控制器能够发生警告信号。离心泵不仅具有高扬程（最大扬程可达 30 m）、大流量的特点，而且高效节能，对电力资源占用较少。水泵内部的水力部件经防锈处理，其使用寿命得到延长。

【参考文献】