导截流施工过程中的水流模拟及风险分析

摘要

截流是水利水电工程兴建过程中的关键环节，本文简介了当前导截流工程研究和发展概况后，指出导截流工程的研究虽然已经取得了显著的进展，但在导截流水力参数的获取、导截流过程的可视化仿真、高落差下双戗截流的协调进占、导截流施工过程中的风险分析等方面仍有待更深入的研究，基于此本文主要在以下几个方面做了研究和探讨： 1）建立了正交曲线坐标系下二维带自由表面紊流的数学模型，用边界拟合坐标技术生成二维正交网格，并以三峡三期为例对截流时明渠内的流场进行了分析，结果表明，该数学模型计算精度高，反映的水体的流动规律与实际一致，可在实际施工之前，迅速、精确地获得各种工况下截流设计和施工所需的各个参数，方便地进行系列数值试验或不同的方案比较，为导截流工程的正确决策和安全施工提供强有力的支持； 2）将可视化仿真技术应用于数值模拟的结果表述上，为数值方法的计算结果的表现提供了一种新的形式，其生动、直观易于理解，为决策者快速准确地做出决策提供了便利； 3）对江河截流过程中双戗协调进占问题的研究和发展进行了评述，并运用曲线坐标系下的二维浅水方程，针对三峡三期截流的实例进行了分析，结果证明：对于大流速、高落差的江河截流，双戗共同承担截流落差可有效降低截流的难度，值得推广和应用，但在龙口宽度较小时，其双戗承担的落差比难以控制，对施工组织和管理的要求较高； 4）分析了引起截流风险的各种因素之后指出：各种不确定性引起的风险可以龙口流速为风险指标变量进行分析。施工过程中的截流风险有一部分由水力不确定性引起，利用正态分布的基本特征和总流量恒定这一基本原理，推导了龙口流速在截流来流量确定情况下的分布函数，并基于此函数分析了三峡三期截流过程中龙口在不同宽度时由水力不确定性引起上戗截流风险，结果表明，所得结论与实际情况吻合，可用于实际工程的风险分析和评价； 5）通过对截流过程中来流量的变化规律进行分析，以泊松过程为基础，建立了可考虑截流初期来流量的影响的水文风险分析数学模型，通过定性分析证明，该模型可有效反映出当截流时机不同和截流初始流量不同时，截流水文风险的变化情况，其结果与实际情况吻合，值得在截流工程的水文风险分析中得到推广和应用； 6）运用相互独立两个变量共同发生时的概率的计算公式，提出了在水力不确定性和水文不确定性共同作用下造成的截流风险的计算方法，该方法简单实用，使截流风险的分析和计算变得更为合理和有效，为将来在导截流方案选择中进行更为合理风险决策提供了条件。