改进溃口宽度经验公式在洪水模拟中的研究

大坝的溃口宽度与土石坝发生溃坝后下游洪水的淹没范围紧密相关，是计算溃坝时最大流量的重要参数。在铁道部科学研究院以及黄河水利委员会溃口宽度计算经验公式中，溃口宽度都与库容、土石坝长度以及坝高有关，只是土石坝长度的幂次方项不相同。在运用以上2个溃口宽度计算公式对7个国内外土石坝溃坝案例进行对比计算后，计算出的溃口宽度相比实际宽度都有较大误差，为探究土石坝长度对洪水溃坝的影响，并使经验公式计算结果更接近真实溃口宽度，对以上7个溃坝案例数据使用Allometricl模型进行拟合，提出溃口宽度计算优化公式。并对另外2个国内溃坝案例进行验算，发现溃口宽度误差均在4.5%以内，表明优化公式比常用经验公式精度高，可为计算土石坝的溃坝最大流量提供依据。再使用DBFL-IWHR模型与传统公式计算下游断面洪水演进情况并进行对比，发现传统公式计算出的下游断面最大流量相比DBFL-IWHR模型较小，同时下游断面最大流量到达时间相比DBFL-IWHR模型较大。     

新疆平原拦河水库溃坝洪水演进的数值模拟计算

针对新疆平原拦河水库溃坝洪水的特点 ,建立了坝址处和水库下游的二维洪水演进数值模型 ,提出了解算方法 ,并以夹河子水库 196 1年 4月 16日实际发生的溃坝洪水为例 ,进行了模拟计算 ,给出了溃坝坝址处的最大流量 ,溃口宽度 ,淹没水深 ,流速和淹没历时等洪水风险信息。     

考虑矿砂淤积的尾矿坝溃坝洪水数

为模拟尾矿库溃坝稀性泥石流的演进, 在溃坝洪水数学模型的基础上,加入非恒定流输沙方程,建立能同时模拟水流和泥沙运动的平面二维溃坝水流泥沙数学模型。最后将该模型应用于云南某尾矿坝溃坝后的洪水演进及矿砂在下游的淤积过程,模型计算结果可为灾后影响评估及预防措施制定提供依据。     

考虑矿砂淤积的尾矿坝溃坝洪水数值模拟

为模拟尾矿库溃坝稀性泥石流的演进,在渍坝洪水数学模型的基础上,加入非恒定流输沙方程,建立能同时模拟水流和泥沙运动的平面二维溃坝水流泥沙数学模型.最后将该模型应用于云南某尾矿坝溃坝后的洪水演进及矿砂在下游的淤积过程,模型计算结果可为灾后影响评估及预防措施制定提供依据.     

梯级水库群洪水溃坝模拟

以某河流的7个梯级水库为研究对象,合理地拟定各梯级水库不同大坝类型(土石坝、拱坝、混凝土重力坝)的溃决形式、溃口发生过程及形态,针对各类型水库漫顶即溃坝和土石坝漫顶溃坝,拱坝、重力坝漫顶过流不产生溃坝两种极限状态,运用Dam Break溃坝模型原理,计算主汛期超标准洪水和后汛期超标准洪水时梯级水库的连锁响应以及溃坝洪水向下游库群的演进过程.分析流城内各水库清坝发生的因果关系,并得出各水库溃坝发生的相对时间及各特征断面的最高水位、流量等特征值.汛期超标准洪水时流城梯级水库的溃坝模拟分析结果,为降低大坝风险、制定应急预案和防灾减灾提供了科学的决策依据.     

溃坝最大流量计算公式的问题与修正

目前用于计算溃坝最大流量的正负波相交法和波额流量法在下游水深较小时,计算结果与实际情况和理论解差别很大,变化趋势也不正确。为此,通过合理概化溃坝波形与压力,得出了修正的溃坝最大流量计算公式。修正后的计算公式在下游水深较大时与原计算公式计算结果相近,在下游水深较小时,计算出的最大流量变化趋势正确,比较符合实际情况。在矩形断面渠道下游水深为0时,修正后计算公式和里特尔-圣维南法公式的计算结果完全一致。     

基于二维水动力模型的溃坝洪水数值模拟研究

【目的】研究水库溃坝洪水影响。【方法】以辛庄水库为例,通过建立二维水动力模型,模拟了不同溃决方案下溃坝洪水演进过程,计算了下游高速铁路处淹没水深、流速、冲刷深度等,分析了溃坝洪水对下游高速铁路的安全运行影响。【结果】水库未溃决时,溢洪道最大下泄洪水能够正常通过铁路涵洞,对下游工程影响较小;水库大坝正面溃决的影响要比侧面溃决的影响大,下游部分铁路路基顶面过水,影响铁路正常运行;大坝溃决后最大流速是未溃决时的2.15～2.48倍,涵洞处最大冲刷深度是未溃决时的1.56倍。【结论】二维水动力模型可较好的模拟溃坝洪水演进过程和淹没范围,研究成果可为水库溃坝洪水灾害预防提供参考和数据支撑。     

浙江省曹娥江大闸水力特性试验研

通过对整体水工模型和断面水工模型试验以及二维数学模型计算分析，对曹娥江大闸的排涝能力、水流流态、流速分布、闸下消能、闸下局部冲刷、导流堤方案等几个水力学问题进行了系统研究，验证和优化了设计。     

基于水动力学模型的灌溉渠道水流量水方法研究

流量和水位是灌溉渠道水流流动的基本特征参数,是灌区水管理者进行调度决策的依据。标准断面量水法或者均匀流公式是最常见的方法,在上下游条件变幅较大或者变化频繁的情况下,标准断面量水法中采用的公式和均匀流公式不再适用。本文提出了两点水位量水法,在灌溉渠道上沿程选择两个断面,实时测量断面的水位变化,通过求解水流控制方程得到断面的流量。计算结果表明,与均匀流公式相比,基于水动力学模型的两点水位量水法可以提高流量监测的精度。     

沭西片防洪保护区洪水淹没风险特征

沂沭泗流域沭西片防洪保护区外河洪水有山区性洪水特征,其特点是洪峰水位高、历时短、总洪量小,溃堤洪水过程的精确计算是保护区洪水分析的关键和难点。为了精确模拟溃堤洪水过程及其在保护区演进规律,构建了一二维实时动态耦合水动力学模型。河网一维水动力数学模型采用1993年、2003年和2012年的实测洪水资料进行了率定与验证;防洪保护区和骆马湖二维水动力数学模型采用区域调研和查勘测量等方式对模型进行了校正和优化;河道与保护区采用溃口进行耦合计算,实现河道与保护区水量实时交互过程的模拟,模型可以作为洪水淹没要素的计算平台。以沂河50年一遇洪水马头溃口为例,溃口进洪历时13.2 h,洪峰流量537 m³/s,进洪量833万m³;保护区内洪水演进速度快,淹没区总面积107.7 km²。结果表明,沂河马头上、下游河段发生溃决,洪水将沿着白马河向下游演进,可以结合淹没水深、洪水路径和到达时间对人员和财产转移进行转移和安置。     

矩形渠道分水口水力性能试验研究

为了研究矩形渠道含堰坎分水口水力性能,对不同渠宽比下的分水口进行了试验研究,试验选取了5种流量,每个来流量下通过调节下游水深获得不同分流比,总共75组试验,测量了分水口附近的水深等水力因素,获得了分水口附近的水面变化曲线,分析了影响分流比的因素,根据堰流公式,拟合了各渠宽比下流量系数与相对堰上水头之间的关系式.结果表明:分水口处的水面变化在不同流量下变化规律大致相同,随距分水口距离的不同,水面变化也不同;同一渠宽比、流量下,分流比与相对堰上水头呈线性关系,随相对堰上水头的增加而增加,随主渠道上下游傅汝德数的增加而减小;拟合得到的流量系数计算公式精度较高,相关系数大于0.9,满足测流精度要求.该研究对分水口处水力性能进行了初步的研究,以期为灌区量水提供参考依据.     

新型梯形量水堰水力特性试验及数值模拟

梯形量水堰因结构简单、测流精度较高而广泛应用在灌区末端渠道上,但现有灌区梯形量水堰存在的测流范围小、泥沙易在堰前淤积问题严重制约着其应用推广,据此提出以改进堰为基础的堰孔组合的新型梯形量水堰.采用量纲一化分析法确定流量公式,并以水工模型试验结果为基础,率定数值模拟模型参数,利用Fluent软件计算获得4种新型梯形量水堰不同流量条件下的水深、堰流流量值、流速分布及速度矢量图,最后通过试验数据拟合出测流公式.结果表明:不同孔口高度的新型梯形量水堰孔口出流对堰上出流的影响随着堰前总水头的增大而逐渐减小;拟合的流量公式简明易用且通用性较高,平均相对误差为2.63%;将模拟结果与试验值做对比分析,二者吻合度较高,平均相对误差为2.53%,说明模拟结果具有一定的可靠性,可为堰孔组合式量水设施的工程设计提供参考依据.     

基于VOF的量水槽流场数值模拟

利用Fluent软件,采用VOF方法与标准k-ε紊流模型相耦合,对U型渠道平底抛物线形无喉段量水槽的流场进行三维数值模拟。通过建立不同渠槽模型,分析不同流量工况下沿程水面线及速度场分布,将数值模拟结果与实测结果、公式计算结果进行对比,结果表明,模拟值与实测值、公式计算值吻合较好。并应用该数值模拟方法对量水槽的流量公式进行了检验,为提高其测流精度提供一定的参考依据,为该量水槽结构设计与优化提供了新的思路。     

液力偶合器部分充液流场数值模拟与特性计

利用CFD平台的滑动网格法与混合模型模拟液力偶合器流场的瞬态流动,得到偶合器内部速度与压力分布.总结了不同充液率下流场结构的变化及两相分布情况.基于速度、压力数值解计算了液力偶合器叶轮转矩,并计算出不同充液率下液力偶合器的原始特性.将性能预测结果与实验进行了对比分析,结果表明,数值模拟计算结果与实验结果吻合较好,基本反映了流道内部流动的基本特征.     

滑坡体未处置下的堰塞湖后续处置实践

2011年6月湖北房县因山体滑坡形成堰塞湖,后续处置时,因工期紧,滑坡体尚未处置,施工难度大。设计时秉着“不扰动滑坡体”的原则,采用三重防护措施,第一重防护措施为堰顶防护,第二重防护为在堰脚布置首座透水型混凝土重力坝拦渣,第三重防护为在下游布置第二级透水型重力坝拦渣。经三重防护,有效阻止了推移质向下游推移,消除溃堰风险,实现了堰塞湖长治久安。提出的透水型混凝土重力坝的设计,减少了上游水压力和基底扬压力,增加了抗滑、抗倾覆稳定性,减小了工程量,降低了工程投资。     

梯形渠道跌水口量水的试验研究

跌水是一种较为常见的渠系建筑物,当水流经过跌水口时必然产生缓流向急流的过渡。在梯形渠道上通过2种不同的连接渐变段(扭面与隔墙)以及不同的堰厚和缺口宽度组合,进行了系统的跌水口量水试验,应用量纲分析法建立了2种连接渐变段在不同堰厚下的流量公式,得出流量计算的平均相对误差最大值为3.002%。     

矩形薄壁侧堰水力特性试验研究

侧堰作为一种量水设施,精度较高、结构简单、安装和拆卸方便,较易在灌区应用和推广,有很大的研究价值。对不同宽度和高度的矩形侧堰在缓流条件下进行了试验,分析了各工况下矩形渠道侧堰上、下游水面线、能量分布、流量系数等水力因素。结果表明,主渠道侧堰段能量基本保持不变,符合De Marchi的恒定能量假定;主渠道靠近侧堰边壁、中心线以及另一边壁三处的水面波动程度不同,说明侧堰对堰前水流产生影响;基于De Marchi假定和无量纲分析原理得到的流量公式最大相对误差均在±10%以内,满足灌区量水精度要求。     

迷宫堰流量系数的探讨

迷宫堰与直线堰相比，在相同堰上水头条件下，可大幅度提高过流能力。从因次分析的角度阐述了迷宫堰流量系数的影响因素，并在分析讨论了前人的几种迷宫堰流量系数计算方法的基础上，拟合出迷宫堰流量系数计算公式，可为实际工程应用中提供方便。     

大出口角叶轮离心泵输送粘油性能计算

采用FLUENT计算了44°大出口角叶轮离心泵输送水和粘油的水力性能,通过研究叶轮理论扬程、滑移系数、水力损失系数等重要参数,重点研究了液体粘度对泵水力性能的影响,并将计算的泵扬程和效率与试验数据进行了对比.分析了＂扬程突升＂现象和叶轮理论扬程曲线出现驼峰的原因.结果表明,计算的泵扬程和效率与试验值仅能部分吻合.虽然能够预测出＂扬程突升＂现象,但是不能象试验那样在较宽粘度范围内得到维持.小流量工况的蜗壳与叶轮的强烈作用是叶轮理论扬程出现驼峰的原因.增加叶片出口角会使各个工况下的蜗壳和小流量下叶轮水力损失加大,但大流量下叶轮水力损失下降.