堤防决口封堵水力学数值模型研究-水利工程专业论文.docxVIP

PAGE PAGE IV ABSTRACT characteristics of the velocity distribution of dyke breach, we explore the plugging technical solutions of dyke break,and provide the basis for dyke emergency and make plugging plan for dyke breach. Key Words: dam break; dyke breach; FLOW-3D; hydraulic characteristics; Closure; numerical simulation 目 目 录 目 录 第一章 绪 论 1 1.1 研究背景及意义 1 1.2 堤防决口类型及决口发展的影响因素分析 2 1.2.1 堤防工程主要决口类型 2 1.2.2 堤防决口发展的影响因素分析 3 1.3 堤坝溃决水流的理论解及数值模拟研究进展 3 1.3.1 堤坝溃决水流的理论解研究进展 3 1.3.2 堤坝溃决水流的数值模拟方法与研究进展 4 1.4 问题的提出及本文的主要研究内容 5 1.4.1 问题的提出 5 1.4.2 本文的主要研究内容 6 第二章 FLOW-3D 简介及模型验证 7 2.1 FLOW-3D 软件的基本介绍 7 FLOW-3D 软件 7 FLOW-3D 的基本方程 7 FLOW-3D 中的湍流模型 8 FLOW-3D 软件基本结构 9 2.2 溃坝算例验证 10 2.2.1 局部瞬间溃坝算例 10 2.2.2 矩形障碍物溃坝算例 16 2.2.3 三角形障碍溃坝算例 19 2.3 本章小结 22 第三章 堤防决口水力学特性数值模拟与分析 23 3.1 模型的建立及 FLOW-3D 边界条件设置 23 3.2 堤防决口不同口门形状的水力学特性数值模拟 24 3.2.1 堤防决口不同口门形状下的水面线分布 25 3.2.2 堤防决口不同口门形状下的流速分布 32 3.3 堤防决口不同口门宽度的水力学特性数值模拟 43 3.3.1 堤防决口不同口门宽度下的水面线分布 44 3.3.2 堤防决口不同口门宽度下的流速分布 48 3.4 本章小结 52 第四章 堤防决口封堵的水力学特性与封堵料粒径研究 53 4.1 堤防决口封堵的材料选择 53 4.2 决口封堵材料的粒径研究 53 4.2.1 决口封堵抛石稳定标准与起动、止动流速 53 4.2.2 决口封堵材料粒径的确定 54 4.3 堤防决口不同封堵方法的水力学特性数值模拟及封堵技术方案 59 4.3.1 堤防决口的封堵方法 59 4.3.2 立堵法决口封堵的水力学特性数值模拟 59 4.3.3 平堵法决口封堵的水力学特性数值模拟 66 4.3.4 决口封堵技术方案探讨 72 4.4 本章小结 74 第五章 结 论 75 致 谢 77 参考文献 78 第一章 第一章 绪 论 1 1 第一章 绪 论 大坝和堤防工程是人类为了控制调节洪水、供水、防洪等兴水利、除水害修 建的重要建筑物，所以水库和堤防都有一定的蓄容洪水能力，然而这些堤坝工 程（包括土石坝和江、海堤防等）在给人们带来巨大的利益的同时存在着巨大 的安全隐患，一旦有超标准洪水的到来或其他某方面原因而导致大坝或堤防突 然溃决，将会给下游地区造成不可估量的生命和财产损失。本章主要阐述了堤 坝溃决的研究背景及意义，堤防决口的类型及决口发展的影响因素分析，从堤 坝溃决水流的理论解和数值模拟两方面综述了国内外研究现状及趋势，并简要 阐明了本文的主要研究内容。 1.1 研究背景及意义 大坝是为了调节控制洪水、水力发电、灌溉、航运、城镇供水等而建立的重 要的挡水建筑物。建国后，我国水利水电行业发展迅速，已建成各类水库大坝8 万余座，大坝数量居世界首位，取得了巨大的经济效益和社会效益，然而我国 的溃坝率也居世界前列。我国大坝的年溃坝率为8.76×10-4据杜雷功等（2001）从 1954年到2001年的溃坝统计；根据Singh（1996）的统计，世界和美国的年溃坝 率均为2.0×10-4，日本年溃坝率仅为0.4×10-4。从中可以明显看出，我国的大坝年 均溃坝率远高于世界其他国家，同时由于地理位置及人口密度分布我国溃坝所 造成的生命和财产损失也远高于其他国家。 古今中外都曾发生过一些重大的溃坝事故。1959年，法国Malpasset大坝溃决， 溃决水流以极快的速度和几十米高的波浪沿河谷而下，所到之处的一些基础设 施如铁路、公路和桥梁等均被冲毁；1975年8月，淮河发生特大洪水，使河南省 驻马店地区的两座大型