尾矿库溃坝数值模拟研究

为了研究尾矿库溃坝后水流和尾砂对下游的影响,基于水流N-S方程和RNGκ-ε紊流模型建立了三维水动力溃坝模型,并采用推移质方程和悬移质方程进行尾砂的输运计算,利用水槽溃坝试验验证了所建数学模型的准确性。进而利用该数学模型模拟了九江市城门山铜矿拟建尾矿库溃坝情况,通过设置相应的监测点,从流速场、水深和尾砂淤积三个方面分析溃坝水砂对下游村庄的影响。结果表明,尾砂并未对下游村庄安全造成影响,而水流将淹没下游部分村庄。     

水库下游洪水风险分析研究

以大隆水库下游为例,综合研究了水库下游洪水风险分析技术,采用溃坝模型计算了溃坝洪水流量过程,在其他设计标准洪水下通过水库调度模型计算了相应水库下泄流量过程,通过洪水演进模型模拟洪水淹没过程,计算了淹没水深、范围、流速等多种洪水淹没要素,采用GIS叠置分析方法并结合洪水演进计算结果计算了淹没损失。获得了可信的洪水风险分析结果,为水库下游洪水风险分析提供了技术支持。     

基于MIKE软件的溃坝洪水数值模拟

为模拟水库溃坝,以金牛山水库为例,在分析设计洪水和水库水位多种组合下利用MIKE软件模拟了主坝溃决后洪水在下游的演进过程,获得了淹没水深、淹没范围及流速等洪水风险信息,为金牛山水库下游防洪决策提供了依据。     

溃坝洪水模拟中泥沙因素的影响

鉴于在溃坝洪水模拟中较少考虑泥沙因素的影响,采用欧拉模型即双流体模型模拟了溃坝洪水中的悬移质泥沙颗粒,通过对比来流为清水、含悬移质泥沙的水沙流两种情况下壁面剪切力,证实了悬移质泥沙可增强水流剪切作用、加速溃坝过程,并分析了淹没区障碍物对悬移质泥沙的影响,给出了溃口发展过程和下游河道泥沙淤积状况。所有模拟结果均符合实际溃坝规律,可为溃坝洪水精确模拟和灾害性分析提供参考。     

二维溃坝洪水模型在西丽水库中的应用

为分析西丽水库主坝历次除险加固效果及坝体现状,假定一种可能出现的溃坝工况,选取经验公式计算此时的溃坝形式、溃口形态及流量过程,建立MIKE11水动力模型,由断面插值生成二维地形,并采用分段模型法,以溃口流量过程线作为上边界条件,以深圳湾P=0.5%(3.03m)极端高潮位过程线作为下边界条件,搭建二维洪水演进模型,计算得下游洪水淹没历时、水深及淹没范围,分析溃坝对大沙河流域所产生的风险,最后采用水量平衡法对模型结果进行验证。结果表明,所建模型计算结果可靠,能较好反映溃坝洪水运动特性,为西丽水库应急预案提供参考。     

基于博弈论—有限云模型的尾矿库溃坝风险评价

针对进行尾矿库溃坝风险评价时存在的模糊性、随机性等问题,提出了博弈论-有限云模型评价方法。首先从浸顶溃坝、失稳溃决、自然因素等6个方面入手建立由17个风险因素组成的评价指标,将其分为4个风险等级,计算相对标准云数字特征值,生成有限云模型,通过博弈论思想优化模糊层次分析法及改进CRITIC法所得的主客观权重,得出最终权重,最后通过有限云模型求得综合隶属度并进行加权平均,根据最大隶属度原则确定各尾矿库所处风险等级。以河南省5个尾矿库为例,将各实测值代入博弈论-有限云模型评价溃坝风险,并将结果与传统云模型及模糊综合评价模型进行比较。结果表明,该模型所得结果更具有效性、准确性,且各尾矿库风险等级与实际情况基本相符。     

水槽中闸门瞬时溃决时上下游水深及流量特性试验研究

鉴于研究水库溃坝时溃坝波传播过程及流量变化规律对大坝安全管理具有十分重要的意义,特做了30组工况下的平底无阻力矩形水槽瞬时溃坝模型试验。结果表明,瞬时溃坝后下游无水时的溃坝波呈反"S"型向下游演进,下游有水时会有相对稳定的激波区产生;渐进流区水力特性仅受初始上游水深影响,而激波区水力特性除受上游水深影响外,还受初始下游水深比的影响,随着下游水深的增大,所涌起的激波区范围越广水深越大,但溃坝流量越小。研究结果为大坝或水闸设计及其安全管理提供了参考依据。     

溃坝水流冲击水垫塘的SPH模拟

为明晰溃坝水流冲击水垫塘的过程,依据光滑粒子流体动力学方法,建立了包含下游水位的溃坝模型,应用虚粒子法进行边界处理,模拟了溃坝后孤立波的运动过程,将其计算结果与刘维平等所模拟水体运动轨迹进行对比,发现两者水位契合度高,验证了所提计算方法的准确性。在此基础上,建立了包含二道坝的水垫塘模型,水垫塘宽120m、深10m,模拟了溃坝水流冲击水垫塘的过程,并对流态、流速、压强等属性进行分析。结果表明,SPH法对于冲击过程中水流的翻卷、回旋等强非线性特征能够做到精确模拟,为后续利用SPH方法进行消能工体型优化奠定了基础。     

某水库库区淤沙对溃坝洪水影响分析

为分析某淤积型水库淤沙对溃坝洪水计算的影响,将MIKE21中的水动力模块与输沙模块耦合构建了二维溃坝水沙模型、分别模拟了不考虑淤沙与考虑淤沙运动水库的溃坝洪水演进过程.模拟结果表明,与不考虑淤沙运动水库溃坝相比,考虑淤沙的水库溃坝洪水下游各断面洪峰流量减小,洪水过后水位升高,水深变化不明显.     

基于过程机理的溃坝生命损失估算模型

针对溃坝造成大坝下游居民生命损失的问题,考虑溃坝洪水的发生过程,将溃坝前风险人口撤离率、溃坝后未撤离人口避难率、未避难人口死亡率及其他相关影响因素确定的修正系数这四项重要指标引入到溃坝生命损失估算过程中。根据我国已溃水库的相关资料,借鉴已有研究成果,着重分析了警报时间与撤离率、溃坝洪水严重性与避难率的关系曲线,并用模糊综合评价法确定生命损失的修正系数,最终得到系统的溃坝生命损失估算模型与方法。将该模型与方法应用于已溃大坝生命损失估算中,生命损失的平均相对误差绝对值为10.6%,通过与其他估算方法对比发现,该方法的计算结果更接近实际损失值。研究成果可为溃坝生命损失估算提供参考。     

抛物型断面明渠溃坝波的简化分析

利用明渠沿程抛物型断面的概化关系式,对棱柱体明渠非恒定流的控制方程进行简化分析,并应用于忽略底坡和摩阻影响的非单一湿周断面明渠瞬时全溃问题。讨论明渠湿周断面形状对溃坝涌波各水流参数的影响,在不考虑下游河床水流影响的情形下得到了坝址的水深和最大流量与湿周断面形状系数的函数关系式。     

均质粘性土坝漫顶溃决过程试验研究

为研究均质粘性土坝不同几何断面对溃坝过程的影响,设计了四组物理模型试验,对比研究了不同坝坡比、坝高、坝顶宽度情况下均质粘性土坝溃坝的流量过程与溃口宽度的变化过程,同时通过理论计算验证模型的准确性。试验结果表明,整个溃决过程大致可分为冲刷沟形成阶段、冲刷沟扩展阶段、溃口坍塌阶段、溃口趋于稳定阶段4个阶段;坝坡比、坝体高度分别对下游坝坡的中下部和顶部的溃口宽度起主要作用,而坝顶宽度对溃口形状的影响不大。     

基于电阻矩阵定位技术的溃坝过程模拟试验测量方法

溃坝模拟试验是研究溃坝过程的主要手段,但其研究成果的精确性与测量技术有直接关系。针对目前溃坝模拟试验常用的高速摄像、传感器测量技术等存在的不足问题,借鉴电子领域广泛使用的电阻矩阵定位技术,提出了一种基于电阻矩阵定位技术的溃坝过程模拟试验测量技术,介绍了其定位原理及溃坝过程,进行了定位精度试验验证。结果表明,该技术定位准确,且具有成本低、测量及数据分析过程快速、精度高、适应性强等优点。     

多场耦合下水流形状模型影响系泊系统的特性分析

为研究海洋中不同的水流形状模型对多场耦合下的系泊系统的影响,以系泊系统为主要研究对象,采用集中质量法、静力分析法以及离散迭代法等对单点系泊系统在风、浪、流3种载荷的共同方向作用下进行建模与计算。通过改变不同水流形状模型的参数以及水深环境因素来研究系泊系统的整体游动区域以及浮筒的淹没程度。结果表明,曲线形状下的水流模型比线性形状下的水流模型对系泊系统的游动区域影响大,同时随着环境因素水深的增加,二者对系泊系统游动区域范围的影响程度均加深;水流也间接影响浮筒的淹没高度,曲线形状模型下的水流模型对浮筒的影响大于线性形状下的水流模型。     

柴油机水下排气管口边界模型

柴油机废气排入水中所形成的尾管口边界比较复杂。在柴油机水下工况数值模拟中,一般采用定压模型。本文从流体力学的基本方程出发,根据对水下排气管口两相流动状态的观察和管口气泡形成过程的研究,建立了柴油机水下排气不稳定流动管口边界模型。与定压模型相比,该模型不仅能反映出管口的压力波动,而且可以模拟管口处气泡的形成过程及其与管口内气体之间的相互作用。与1维不稳定流动方法相结合可以进行柴油机水下工况的特性分析,特别是水下排气管口声辐射的数值模拟。     

运行期放矿对尾矿坝渗流场的影响分析

放矿是选矿厂将尾矿用管道输送至尾矿库堆存的矿山生产环节之一,其输送的尾矿含有大量水,影响尾矿坝渗流场。基于饱和—非饱和渗流理论,以某尾矿坝扩容加高工程为例,建立三维有限元渗流分析模型,依据尾矿输送实际情况,模拟运行期放矿条件下的尾矿坝渗流场,分析了放矿流量对尾矿坝渗流场的影响。结果表明,运行期放矿对尾矿坝渗流场的影响主要集中在尾矿沉积滩入渗面以下约32m深处;放矿流量越大,入渗面附近浸润面抬升越大且暂态饱和区越厚;放矿入渗受尾矿料的入渗能力限制,放矿流量超过一定值后,放矿水直接流入尾矿库,其影响不再扩大。研究成果可为尾矿坝的安全运行提供技术支持。     

淹没丁坝坝后水流结构PIV试验研究

为揭示淹没丁坝坝后区域的水流特性,在实验室水槽中,采用平面二维粒子图像测速技术(2D-PIV),测量了光滑固定底床上单个丁坝在完全淹没条件下的坝后水平流场及垂向流场。通过分析测量获得了原始粒子图像和淹没丁坝坝后不同位置的平面二维时均速度场和涡量场,并耦合水平面流场与铅垂面流场结果,给出了丁坝坝后流场的部分三维特性。结果表明,淹没丁坝坝后存在明显的回流区,且在回流区内同时存在尺度大致相同的竖轴漩涡和横轴漩涡。     

河岸刚性植被缓冲带对水流阻力的影响

河床糙度尺度特征在评价明渠淹没植被引起的阻力作用时具有重要意义,通过重新定义水力半径,提出植被密度刚性植被缓冲带糙度系数,用以量化沉水植被对河道表面层水流阻力特性的影响程度。研究表明,沉水植被缓冲带粗糙度与植被茎粗和植被密度有关,并通过试验数据拟合出缓冲带表面层摩擦系数,进而提出一种用于估算植被缓冲带上平均流速和阻力系数的计算方法。