發(fā)布時間：2020-11-09 07:38

　　 河道堤防在洪水災(zāi)害防治、水利資源利用等方面起到了重要作用。但是當洪水超過一定界限后,堤防工程將會面臨失效的風險。一旦河道潰堤發(fā)生,洪水的泛濫將帶來巨大的生命財產(chǎn)損失。對河道潰堤水流特點和規(guī)律進行研究,有助于做好防災(zāi)減災(zāi)預(yù)案,應(yīng)對可能引發(fā)的災(zāi)害�，F(xiàn)有針對潰堤的研究多集中于應(yīng)用數(shù)學模型進行模擬,而現(xiàn)場觀測和物理實驗等直接觀測察的成果非常有限。潰堤問題具有其自身特性,河道內(nèi)流速、水位的變化和潰堤過程相互耦合,也不能簡單地將潰壩的研究成果直接應(yīng)用于潰堤研究中。目前針對潰堤水流特性的深入分析仍較為缺乏。本研究采用物理實驗與數(shù)學模型相結(jié)合的方法,從水動力學的基礎(chǔ)研究出發(fā),在簡化條件下著重研究潰堤發(fā)生后河道和洪泛區(qū)水流的演變特性。物理模型實驗在大型室內(nèi)水槽中進行,模擬了潰堤后洪水在潰口外洪泛區(qū)內(nèi)的演進和落水波在河道內(nèi)的傳播過程,通過壓力傳感器陣列和聲學多普勒流速儀對潰堤引發(fā)的水位、流量波動和演變過程進行了測量和研究。數(shù)學模型采用基于二維淺水方程的DIVEST-TVD模型,該模型可模擬從亞臨界流到超臨界流的復(fù)雜流態(tài)及其演變過程。模型結(jié)果應(yīng)用實測數(shù)據(jù)進行了較為全面的驗證,并對潰堤水流的流速分布、潰口流量等影響因素方面進行了分析和研究。研究結(jié)果表明:(1)河道潰堤水流的變化主要有三個不同的階段,分別為:以重力坍塌作用為主的潰堤初期、河道流量逐漸替代重力成為主導(dǎo)作用的過渡期和以來流流量為主導(dǎo)作用的穩(wěn)定分流期;(2)在洪泛區(qū),河道來流流量對潰堤水流的傳播產(chǎn)生向下游偏移的影響,在一定范圍內(nèi),河道來流流量越大,則偏移的程度越大;(3)河道內(nèi),潰堤產(chǎn)生的落水波向上下游的傳播存在明顯的不對稱性,落水波向上游的傳播速度較下游慢,但受到落水波影響上游水位驟降幅度較大且流量增加;(4)潰口流量過程在潰堤不同階段有不同的表現(xiàn),在潰堤初期出現(xiàn)峰值,而到了穩(wěn)定分流期,潰口分流的大小主要取決于由上、下游流量差,同時受到潰口寬度和底部糙率的影響。本文研究成果可為潰堤洪水動力學分析提供可靠的數(shù)據(jù),為其他數(shù)學模型提供較為完整的驗證資料,對河道潰堤洪水的預(yù)防和災(zāi)害控制提供科學的支撐作用。
【學位單位】：清華大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：TV122.4;TV131.6
【部分圖文】：

圖 1.1 潰堤災(zāi)區(qū)航拍（來源：中新網(wǎng)）因此，潰堤洪水相關(guān)的風險信息，例如洪水到達時間、流速、淹沒、淹沒水深等，對防災(zāi)減災(zāi)具有特別重要的意義，對于潰堤洪水的管預(yù)測方面具有實際價值。潰堤水流的這些信息是防洪決策者制定合理

圖 1.2 室外實驗（歐洲 IMPACT 項目）于潰壩的物理模型試驗各國學者都比較重視，例如歐洲的 IMP0]，以及 Fraz o 進行的一個在渠道上有三角形潛壩的潰壩水流raz o 的實驗突出表現(xiàn)了潰壩洪水波在干底斜坡上的傳播特征，

室內(nèi)潰堤實驗圖
【參考文獻】

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本文編號：2876106