摘要摘要：在前人探究的基礎(chǔ)上，分析了含沙量對磨損和氣蝕的影響，提出了由湍流猝發(fā)現(xiàn)象而引起的掃蕩磨損的概念，認(rèn)為含沙量的增加將增加星度微切削破壞功能和掃蕩磨損，降低單顆粒泥沙的破壞功能；含沙量小時促進(jìn)氣蝕，而含沙量大時則制約氣蝕。提出了臨界含沙量Scr有可能不存在的情況，解釋了文獻(xiàn)[1、[2的結(jié)論。

摘要：磨蝕掃蕩磨損氣蝕紊動

我國河流中大多數(shù)含有泥沙，有的含沙量很大。如聞名的黃河干流多年平均含沙量達(dá)37kg/m3,長江含沙量較少，上游多年平均含沙量約為1.7kg/m3,輸沙量大多集中在每年6～9月的洪水期，當(dāng)挾沙水流以較高的流速流經(jīng)泄水或排水建筑物時，將對閘門槽、底板、泄洪排沙底孔、溢流面等造成磨損，嚴(yán)重者直接危害到水工建筑物的平安，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，故對含沙水流的磨蝕規(guī)律進(jìn)行探究很有必要。

圖1含沙量和磨蝕失重的關(guān)系

Relationbetweensedimentconcentrationandabrasionrateofdifferentmaterials

目前，對于水流含沙量對磨損的影響理論上的探究還很不成熟，主要靠實(shí)驗(yàn)的手段來加以探究，不同的學(xué)者采用不同的方法在這方面做了許多探究，但他們的結(jié)果很不一致，有的甚至是相互矛盾的。水利水電科學(xué)探究院在各種空化試驗(yàn)設(shè)備上如水洞、轉(zhuǎn)盤儀和磁致伸縮儀上進(jìn)行的試驗(yàn)，以及采用黃河沙和塑料沙進(jìn)行的空化和磨蝕試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在含沙量小時，含沙量的增加對空化和磨蝕起促進(jìn)功能，在含沙量大時，含沙量的增加對空化和磨蝕起制約功能(如圖1)，在兩種相反功能之間存在一稱為臨界含沙量Scr的轉(zhuǎn)變點(diǎn)[1。而清華大學(xué)在二元文丘里管中，采用黃河小浪底河灘的天然砂做的試驗(yàn)探究表明，混凝土等脆性材料的平均磨蝕率均隨水流含沙量的增大而增大，并沒有明顯的峰值[2(如圖2)。

近十幾年來，我國對水泵裝置作了大量的研究工作，特別是對低揚(yáng)程軸流泵水力模型和進(jìn)水流道優(yōu)化水力設(shè)計(jì)的研究已取得很多進(jìn)展，有許多成果已經(jīng)在泵站工程中得到成功的應(yīng)用。由于種種原因，人們對進(jìn)水流道內(nèi)的流態(tài)比較注意、比較了解，而對出水流道內(nèi)的流態(tài)則缺乏較為深入的了解。在過去相當(dāng)長的一段時期內(nèi)，只做過一些關(guān)于出水流道水力損失方面的試驗(yàn)研究。出水流道是水泵裝置的一個重要組成部分，對水泵裝置的性能有非常明顯的影響。出水流道的水力設(shè)計(jì)至今仍建立在傳統(tǒng)的一維流動理論的基礎(chǔ)上，這種理論與出水流道實(shí)際的三維流動情況出入很大。近些年來，人們對出水流道在水泵裝置，尤其是在低揚(yáng)程水泵裝置中的作用，已經(jīng)有了愈來愈清楚的認(rèn)識，提出了重視研究出水流道水力設(shè)計(jì)理論和方法的要求。1997年9月1日頒布實(shí)施的國家標(biāo)準(zhǔn)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》所規(guī)定：“出水流道布置對泵站的裝置效率影響很大，因此流道的型線變化應(yīng)比較均勻”[1]。

流道的外特性是由其內(nèi)特性決定的，對流道內(nèi)特性的認(rèn)識應(yīng)是更為本質(zhì)的認(rèn)識。本文采用三維紊流數(shù)值模擬的方法，對虹吸式、直管式和斜式出水流道內(nèi)的基本流態(tài)進(jìn)行了初步的分析計(jì)算，力圖揭示這三種形式出水流道內(nèi)的三維流動形態(tài)，為認(rèn)識和解決各類有關(guān)出水流道的水力學(xué)問題奠定必要的基礎(chǔ)。

1出水流道流動模擬的數(shù)學(xué)模型

泵站出水流道三維流動模擬采用了雷諾平均N-S方程，并以標(biāo)準(zhǔn)κ-ε紊流模型使方程組閉合。選用這種模型的原因，是因?yàn)樵囼?yàn)證明，標(biāo)準(zhǔn)κ-ε紊流模型對三維流動是非常適用的[2]。

1.1控制方程在定常條件下，泵站出水流場的不可壓流動可用以下一組方程描述：

1.連續(xù)方程

1工程概況

東河水庫為除險加固工程,壩址以上控制徑流面積582.8km2,總庫容4815.65萬m3。輸水泄洪隧洞布置在左岸則隧洞軸線較長,且進(jìn)出口轉(zhuǎn)角較大。輸水隧洞布置于右岸,由于樞紐區(qū)地形狹窄，溢洪道尾段、輸水隧洞出口共用一個消力池。設(shè)計(jì)洪水位溢洪道下泄流量269.2m3/s,泄洪隧洞

下泄流量53.2m3/s;校核洪水位1744.41m,溢洪道下泄流量547.8m3/s,泄洪隧洞下泄流量59.9m3/s。溢洪道全長333.13m,堰型為寬頂堰，凈寬3×6m，其中引渠段長156.13m,控制段長12m，陡槽段長130m?？v坡分別為0.1、0.145。泄洪輸水隧洞全長301.57m，其中有壓段為平坡，長76.90m;閘室段長6.5m,無壓段長194.53m,坡度分別為0.02、0.266,斷面均為城門洞形,寬度2.5m,有壓段最大高度5.72米;無壓段最大高度3.22米。

2試驗(yàn)內(nèi)容

1)上游水位與溢洪道、泄洪輸水隧洞下泄流量的關(guān)系;

2)溢洪道、泄洪輸水隧洞陡槽內(nèi)水流流態(tài)研究;

一、明渠及水流的概念

明渠在自然界和實(shí)際水利工程中極為常見，明渠中的水流是具有自由水面、在重力作用下流動的水流。因此明渠水流的水力要素和邊界條件也將隨時間和空間而改變，明渠的橫斷面形狀、類型很多，受地形、地質(zhì)、地貌、工程材料及管理等因素的影響，邊界條件十分復(fù)雜。根據(jù)水流運(yùn)動要素是否隨時間改變，將水流分為恒定流與非恒定流。在恒定流中，又根據(jù)水流的運(yùn)動要素是否沿程變化，將水流分為均勻流與非均勻流。明渠均勻流是指水力要素隨時問和空間不發(fā)生變化的水流，是明渠水流中最基本、最簡單的水流形態(tài)，是明渠水力計(jì)算的基礎(chǔ)。根據(jù)明渠均勻流的基本特征，要形成均勻流就必須具備一定的條件：一是明渠水流必須是恒定流，且流量沿程不變，無支流的流入和流出；二是明渠為長直棱柱體正坡渠道；三是明渠的底坡、糙率沿程不變；四是明渠中不得有障礙物阻擋水流。嚴(yán)格地講，完全符合以上條件的明渠很少，因此均勻流在實(shí)際水流中極少發(fā)生，一般將大致符合這些條件的明渠水流近似地看作均勻流。在明渠中，盡可能使渠軸線順直、斷面尺寸和底坡沿程不變，基本滿足均勻流的條件，天然河道的水流多為非均勻流。然而，為簡化分析計(jì)算，通常將較為順直整齊、糙率基本一致、河床穩(wěn)定的單式斷面河段中的水流視為均勻流。

二、工程條件

某水庫設(shè)計(jì)壩址處第1年11月至次年5月，5年一遇洪峰流量為32m3／s。設(shè)計(jì)壩址處左岸山體自然坡度為60。左右，右岸山體自然坡度為45。左右。河床偏于左岸，左岸河床為砂礫石，右岸為黏土堆積岸。結(jié)合工程兩岸實(shí)際地形、施工能力及在滿足安全經(jīng)濟(jì)的原則下，欲將本工程分為兩次導(dǎo)流進(jìn)行施工，第一期先施工左岸部分，并對右岸河床進(jìn)行整治，在一期施工時洪水由右岸開挖成形的導(dǎo)流明渠泄向下游，從而保證左岸的混凝土施工不受上游來水的干擾，能夠順利進(jìn)行。

三、導(dǎo)流明渠設(shè)計(jì)

(一)設(shè)計(jì)參數(shù)

摘要：本文對水閘消能防沖期間的常見問題進(jìn)行了論述，結(jié)合某水利工程除險加固項(xiàng)目建立了水閘消能防沖的水力學(xué)模型。借助模型對過度沖刷、流速過大問題的成因進(jìn)行了分析，提出了解決出閘水流集中、水流流速分布不均、沖刷壓力過大情況的施工方案，為相關(guān)單位人員提供參考。

關(guān)鍵詞：水力學(xué)模型；水閘消能防沖；除險加固

1工程概況

某河道所修建的水閘為多孔水閘，孔位數(shù)量為16個，寬度均為4m，閘頂高度與閘室寬度分別為19．5m和81．0m，利用消力池對泄流進(jìn)行消能處理。在水閘工程應(yīng)用過程中，工程單位對其下游翼墻底部、下游齒坎、斜坡段以及消力池底板等多個部位進(jìn)行了除險加固處理。然而，工程單位加固下游翼墻后，水閘泄流期間產(chǎn)生了主流集中、水流流速提升、河床沖刷情況愈發(fā)嚴(yán)重的問題，急需通過水力學(xué)模型對水流流態(tài)變化與下游翼墻加固之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析，探尋改善消能防沖設(shè)施功能效果的具體措施［1］。

2研究方法

2．1模型創(chuàng)建

彎曲河道是天然河道中常見的一種河流形態(tài)，多年來人們從各個方面對彎曲河道特有的水流運(yùn)動規(guī)律、河床演變規(guī)律，進(jìn)行了廣泛的研究[1，2].如張紅武[2]從模型試驗(yàn)和理論分析出發(fā)，較為深入地研究了彎道內(nèi)的水面形態(tài)、環(huán)流運(yùn)動以及縱向流速的沿程分布規(guī)律等.隨著計(jì)算機(jī)性能的提高，以及數(shù)值計(jì)算方法的發(fā)展，很多研究者開始用數(shù)學(xué)方法模擬彎道內(nèi)的水沙運(yùn)動及河床變形.最早以Engelund[3]、Odgaard[4]等人提出的恒定水流模型為代表.近年來，部分研究者提出的三維數(shù)學(xué)模型，既能模擬彎道內(nèi)的水沙運(yùn)動，又能考慮床面的沖淤變化，較以前有了更大的進(jìn)步[5，6].盡管三維數(shù)學(xué)模型可以模擬彎道內(nèi)較為復(fù)雜的水流運(yùn)動和河床變形問題，不過在實(shí)際工程中用的最廣的還是平面二維模型[7，8].

通?，F(xiàn)有這些模型只考慮河床的縱向變形，而很少注意彎道內(nèi)的橫向變形問題，也即河岸沖刷問題.本文針對當(dāng)前在彎道水流和河床變形模型的研究狀況，以前人的研究結(jié)果為基礎(chǔ)，建立了正交曲線坐標(biāo)下的平面二維水沙數(shù)學(xué)模型，用于模擬彎道內(nèi)的水沙運(yùn)動及河床縱向變形；在深入分析河岸沖刷機(jī)理的基礎(chǔ)上，采用力學(xué)模型模擬粘性河岸沖刷、崩塌的過程.最后利用彎道模型的試驗(yàn)資料，驗(yàn)證了本模型計(jì)算的流場、岸邊水位等與實(shí)測值符合較好.同時模擬了90°彎道在持續(xù)清水沖刷下的河床變形過程，對主流線、斷面形態(tài)、主槽比降等計(jì)算結(jié)果隨時間變化的分析表明，模擬結(jié)果符合彎道變形規(guī)律.

1數(shù)學(xué)模型

本文建立的模型具有如下特點(diǎn)：(1)為適應(yīng)不規(guī)則的岸邊界，建立正交曲線坐標(biāo)下的平面二維水沙模型，并用MADI方法[9]求解水流方程組.(2)改進(jìn)以往對泥沙恢復(fù)飽和系數(shù)取為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)的做法，模型中采用了張紅武[10]提出的不平衡輸沙理論，用于研究懸移質(zhì)泥沙的輸移以及河床變形過程.(3)引入Osman[11]提出的河岸沖刷模型，用于模擬粘性河岸的橫向沖刷過程以及在重力作用下的崩塌過程.

1.1平面二維水沙數(shù)學(xué)模型

1.1.1水流基本方程

摘要：沖刷與地基地質(zhì)條件密切相關(guān)，因此查明沖刷地段的地質(zhì)條件，既是進(jìn)行工程地質(zhì)評價的前提，也是為水工模型試驗(yàn)和結(jié)構(gòu)專業(yè)進(jìn)行消能防沖設(shè)計(jì)提供可靠地質(zhì)資料。

關(guān)鍵詞：泄水輸水建筑物；沖刷；影響因素；工程地質(zhì)評價

一、泄水輸水建筑物的工作特點(diǎn)和沖刷地段

水利水電樞紐中常見的泄水建筑物如溢流重力壩、溢洪道、泄洪隧洞、泄水閘等；輸水建筑物如渠道等，各建筑物具有不同的工作特點(diǎn)，不同建筑物的各組成部分與水流接觸的地基或邊坡一般要經(jīng)受水流沖刷。沖刷破壞程度主要與水流和地質(zhì)兩方面因素有關(guān)，根據(jù)破壞程度的差異，可分為一般沖刷地段和嚴(yán)重沖刷地段。但僅就水流方面而言，溢流重力壩下游河床及兩岸、溢洪道泄水槽和消能段、泄洪隧洞出口段、水閘下游連接段、渠道落差建筑物陡坡、消力池段水流急，甚至為高速水流，單寬水流所含能量大，多會產(chǎn)生比較嚴(yán)重的沖刷破壞，屬于嚴(yán)重沖刷地段。而建筑物的其余組成部分起到引水、導(dǎo)流作用，或?qū)⑺磪^(qū)水流平緩地引入主控段，或?qū)⑾芎笏髌椒€(wěn)地泄入原河道，水流流速均不大，屬于一般沖刷地段。

二、沖刷引起主要工程地質(zhì)問題及其影響因素

高速水流具有較大能量，長期沖刷將會引發(fā)多方面的工程地質(zhì)問題：①水流沖刷兩岸岸坡，造成大量塌方、滑坡。②射流跌入水墊后形成回流，劇烈沖刷壩腳，導(dǎo)致地基及建筑物失穩(wěn)。③沖刷坑形成后，上游坡溯流發(fā)展，危及壩基穩(wěn)定。④沖刷坑的不斷加深，切斷壩基下的軟弱夾層、緩傾角斷層，形成臨空面，可能引起深層滑動。⑤泄水輸水建筑物本身受高速水流沖刷而破壞。

摘要：跨河橋梁工程修建過程中以及工程完工之后，其橋梁會對所在河道的防洪能力造成一定的影響，而河道水流對橋梁同樣會產(chǎn)生影響。本文即是對該類工程防洪評價進(jìn)行探究，分析其防洪影響的評價內(nèi)容、指標(biāo)以及評價計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：跨河橋梁工程;防洪評價;防洪

計(jì)算過去的眾多實(shí)踐證明，優(yōu)質(zhì)的跨河橋梁工程可對當(dāng)?shù)厮こ唐鸬秸蛴绊懞洼o助作用，而規(guī)劃和施工缺乏科學(xué)性的該類工程則會對當(dāng)?shù)胤篮楣ぷ髟斐韶?fù)面影響。我國早已意識到這一影響關(guān)系，故而制定了相關(guān)法律法規(guī)，督促該類工程進(jìn)行防洪評價，規(guī)范相關(guān)建設(shè)行為。

1.跨河橋梁工程防洪評價內(nèi)容

在跨河橋梁工程施工過程中，其必然會涉及架設(shè)橋墩等操作，架設(shè)橋墩以后，河流流經(jīng)橋下時，其所能流經(jīng)的河道與從前相比相對狹窄，且水流在流經(jīng)該處時，橋孔也會對其流速產(chǎn)生影響，造成擠壓。在進(jìn)行跨河橋梁施工時，在架設(shè)橋墩之外，其施工行為也需要一定的場所承載，而這部分施工場所將加重該影響。當(dāng)對跨河橋梁工程防洪影響進(jìn)行評價時，應(yīng)重點(diǎn)考察該工程對河道原有防洪能力造成的影響，以及河流作用于橋梁時為其帶來的消極影響。

2.跨河橋梁工程防洪評價指標(biāo)

1前言

隨著引黃灌溉事業(yè)的發(fā)展，泥沙問題日益突出。引黃泥沙的處理不但影響沿黃兩岸地區(qū)的工農(nóng)業(yè)效益，還將造成土地沙化，成為影響環(huán)境的公害。

渠網(wǎng)水沙調(diào)度的目的是通過不同的泥沙處理和灌區(qū)布置方式，進(jìn)行泥沙遠(yuǎn)距離輸送，使進(jìn)入渠道的泥沙得到合理的安排。這也正是引黃灌溉泥沙安排的戰(zhàn)略方向。

2渠網(wǎng)水沙調(diào)度模型的計(jì)算方法

黃河下游引黃灌區(qū)灌溉渠道的分布均可概化成干、支、斗、農(nóng)、田的結(jié)構(gòu)形式，即水流自上而下逐級分流直至田間。干渠的水沙運(yùn)動可用灌渠水流泥沙數(shù)學(xué)模型來計(jì)算(詳見文獻(xiàn)[1])。如果將支渠看成是干渠、斗渠看成是支渠，則支渠的沖淤計(jì)算也與干渠一樣，而斗渠和農(nóng)渠又可看成是支渠與斗渠的模式，這樣整個灌區(qū)的干、支、斗、農(nóng)渠直至田間的水沙運(yùn)動過程都可求出，因此以灌渠水流泥沙數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，考慮不同灌溉渠道中引水、灌溉形式等，即可建立用于泥沙調(diào)度的渠網(wǎng)水沙調(diào)度模型。

由于一個灌區(qū)的支、斗、農(nóng)渠很多，如果通過對每條渠道的計(jì)算來求全灌區(qū)的淤積及分布則十分繁雜。因此在渠網(wǎng)水沙調(diào)度模型中，根據(jù)具體情況進(jìn)行了簡化。首先把灌區(qū)內(nèi)自流灌區(qū)與提水灌區(qū)分開；然后根據(jù)平面位置、地形情況、種植作物異同等分成幾片(可包括幾個支渠灌溉系)；再分別找出有代表性的典型支渠灌溉系，進(jìn)行支、斗、農(nóng)至田間的泥沙淤積及分布計(jì)算；最后用各代表支渠系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果，推算出各片的泥沙淤積分布情況，即可計(jì)算出整個灌區(qū)(包括自流灌區(qū)和提水灌區(qū))的泥沙淤積分布。下面詳細(xì)介紹各級渠道的水沙計(jì)算方法。

摘要摘要：作者對土工充泥袋代替塊石作為建筑材料，在水流功能下袋體的保沙性能和充泥袋的穩(wěn)定性能等關(guān)鍵新問題開展了一系列室內(nèi)外試驗(yàn)探究，并提出了相應(yīng)的解決辦法。根據(jù)土工充泥袋穩(wěn)定要求而研制的新型袋體“沙墊”現(xiàn)已在工程實(shí)踐中廣泛應(yīng)用。

摘要：土工充泥袋漏沙率保沙率袋體穩(wěn)定

土工合成材料是一種新型的建筑材料，已廣泛應(yīng)用于水利、水電、公路、鐵路、海港以及軍工等各個領(lǐng)域。黃河因泥沙顆粒較細(xì)，洪水流速較大，土工充泥袋應(yīng)用于護(hù)岸工程時，保沙性能要求較高。因此，土工充泥袋外層用聚丙烯充泥袋布，內(nèi)層用聚乙烯薄膜復(fù)合制成土工復(fù)合袋，然后，把袋體安裝在拋枕架內(nèi)，由人工把泥沙裝入袋中，封住袋口后，扳動拋枕架，將袋體拋入加固堤段。實(shí)踐表明，土工復(fù)合袋人工裝沙用于黃河大堤防沖加固取得了較好的效果。浙江省紹興、蕭山等地于20世紀(jì)90年代初用泥漿泵充填土工長管袋在錢塘江河口高灘上進(jìn)行圍墾筑堤。實(shí)踐表明，在治河搶險等水利工程中用土工充泥袋代替石方具有施工進(jìn)度快、造價低、又能就地取材和便于機(jī)械化施工等，應(yīng)用前景十分廣闊。錢塘江河口泥沙顆粒細(xì)，漲、落潮流速大，能否用土工充泥袋代替石方作為錢塘江南股槽整治工程材料，土工充泥袋在水流功能下的保沙性能和袋體的穩(wěn)定性能等是關(guān)鍵新問題。對此，作者開展了一系列室內(nèi)、外試驗(yàn)探究。通過室內(nèi)和現(xiàn)場試驗(yàn)得知，解決袋體的保沙新問題，首先應(yīng)根據(jù)泥沙的粗細(xì)情況合理地選擇袋布，用泥漿泵充填土工充泥袋結(jié)束后，其外側(cè)及時加拋石渣和塊石，或者在袋體外加包塑料薄膜使袋體免受水流和風(fēng)浪的淘刷，從而達(dá)到保沙目的。至于袋體穩(wěn)定新問題，宜采用大體積的袋體，但袋體的長寬比(L/B)應(yīng)在2.0～3.5之間。根據(jù)這一要求，在錢塘江南股槽整治實(shí)踐中，研制出大體積土工“沙墊”代替長管袋。這種大體積“沙墊”現(xiàn)已廣泛應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

1土工充泥袋布的選擇

1.1現(xiàn)場泥沙顆粒級配及其物理特性試驗(yàn)現(xiàn)場位于錢塘江尖山河灣南岸曹娥江口東側(cè)(圖1)。現(xiàn)場土樣經(jīng)顆粒分析，泥沙粒徑摘要：d50＝0.03mm，d10＝0.014mm，d60=0.033mm，曲率系數(shù)Cc=d230/(d60*d10)=1.25，不均勻系數(shù)Cu=d60/d10=2.36，屬顆粒較均勻的細(xì)粉沙。泥沙起動流速為0.3～0.5m/s，干容重1.12～1.58t/m3，滲透系數(shù)1.21×10-4～1.38×10-5cm/s，內(nèi)摩擦角20°～27°。

1.2土工充泥袋布的選擇