河道溃堤水波的物理模型实验研究

摘要

河道堤坝溃决是我国易发灾害之一。溃堤将引发河道外洪水灾害和河道内水位流量的波动。现有溃堤研究多集中于应用数学模型模拟,现场观测和物理实验等直接观察获得的成果非常有限。本文通过在大型室内水槽中进行的物理模型实验,模拟了溃堤后洪水在溃口外洪泛区内的演进和落水波在河道内的传播过程。通过压力传感器阵列和声学多普勒流速仪对溃堤引发的水位、流速等变量进行了测量,并对溃堤波演变过程进行了研究。实验结果表明:(1)河道内的流速对于溃口下游洪水波的传播速度影响不大,但对溃口外水位的分布有一定的影响;(2)溃堤引发的河道内落水波在溃口上下游的影响不对称,落水波向上游传播较慢但幅度较大,而向下游传播较快但幅度较小;(3)溃堤发生后溃口流量随时间发生变化,水流稳定后溃口流量主要和上下游流量差有关,即溃口水流处于稳定分流状态。实验成果可为溃堤洪水动力学分析提供可靠的数据,为数学模型提供较为完整的验证资料,进而对河道溃堤洪水的预防和灾害控制提供科学的支撑作用。