高坝泄洪雾化雨强模型律研究

摘要

泄洪雾化是指水利枢纽泄洪过程中，下游局部区域内产生的非自然的雨雾弥漫现象。泄洪雾化是非常复杂的水-气和气-水两相流现象，其形成和运动机理尚不完全明确，目前主要研究手段包括原型观测、数值计算和物理模型试验等。其中物理模型试验研究的优点在于能定量描述，研究成果较为直观。但由于泄洪雾化是非常复杂的两相流物理现象，涉及到水舌的破碎、碰撞、激溅、扩散等众多物理过程，在通过模型模拟原型的水流雾化时，物理模型的缩尺效应以及相似关系（模型律）的研究成果较少，且存有争议，其精确性有待于进一步探索。
　　 在长江科学院院长基金和中央级科研院所基本科研业务基金的资助下，本文通过原型观测和物理模型试进一步研究了泄洪雾化的运动规律，探索了泄洪雾化产生的下游降雨强度（雨强）的模型相似关系，共分了四个专题对泄洪雾化雨强的模型律进行了较为深入的研究，首先对江垭大坝泄洪雾化现象进行了原型观测和测量，并以此为研究基础，通过1/80 比尺物理模型试验反演初步研究了雨强的模型律，得到了关于溅水降雨区的雨强模型律。在此研究基础上，通过系列比尺的模型试验对雨强分布及模型律开展了进一步研究，不仅验证和校核了溅水降雨区的雨强模型律的研究成果，同时根据研究成果将雨强分区归纳为抛洒降雨区、溅水降雨区和雾流降雨区，并研究得到了抛洒降雨区和雾流降雨区的雨强模型律。最后，将上述研究成果应用于构皮滩大坝泄洪雾化专题研究中，研究成果与原型观测经验公式进行了验证并于前人的模型律研究成果进行了对比分析。
　　 通过上述专题的研究，基本掌握了泄洪雾化的运动规律，并在前人研究的成果上，对泄洪雾化模型的雨强模型律进行了深入的探讨，并得出了基本结论；同时开发了数据处理和分析系统，完善了泄洪雾化模型研究方法。