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水库大坝的安全是水工建筑物设计和管理的核心问题。而安全和经济是相互制约、相互依存的。水库的防洪设计标准和稳定安全系数的大小,通常由其效益大小和失事后的影响大小等因素来决定。而失事后的影响大小等因素则通过对溃坝的分析计算得出。溃坝模型对溃坝过程进行模拟,预测溃口发展及溃坝洪水过程线,对于大坝失事后果的评估,防洪减灾以及保护人民生命财产安全等具有重要意义。
溃坝的研究内容主要包括:溃口的研究分析和演进过程的研究。
本文首先介绍了引起溃坝的原因和几种主要的溃决模式,综合运用水力学、水动力学、挟沙动力学和土力学等,详细介绍了土坝逐渐溃坝的溃口的形成和扩展机理,建立土坝溃口发展过程的数值模型,模拟土坝溃口的发展过程和溃口洪水流量过程线。然后把此模型应用到澄碧河水库工程中,利用灰关联度计算模型分析影响溃口流量的因素,根据关联度的大小判断溃口流量主要的影响因子。
溃坝洪水演进模型是建立在对分子运动的BGK波尔兹曼方程的积分基础上的,在该模型的建立中没有假定水流必须为连续流,所以非常适合模拟溃坝波水流问题。该模型先对分子运动进行研究,然后利用波尔兹曼平衡分布函数q与宏观变量关系式、二维情况下碰撞函数相容条件得出宏观状态下的水深和动量。采用有限体积法对所建二维数学模型的计算精度进行系统验证。大坝溃决的速度和程度很大程度上决定了溃坝洪水波的大小及其传播速度,继而对下游受灾程度和范围产生巨大影响。