【摘 要】
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由于部分淤地坝使用年限久远等原因,导致整个坝区淤积面高程逐渐超过原有溢洪道渠底高程,同时伴随泥沙的迁移,大量泥沙持续淤积在溢洪道内宽顶堰前方,导致原有的堰流水力特性发生较大改变。为保护大坝安全,延长坝体使用年限,保护下游农田设施等因素,有必要了解存在泥沙淤积情况下的宽顶堰堰流水力特性,为淤地坝的除险加固提供理论依据。本文依托水利部黄河泥沙重点实验室开放课题“泥沙淤积对淤地坝下游溢流堰流量系数的影响
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由于部分淤地坝使用年限久远等原因,导致整个坝区淤积面高程逐渐超过原有溢洪道渠底高程,同时伴随泥沙的迁移,大量泥沙持续淤积在溢洪道内宽顶堰前方,导致原有的堰流水力特性发生较大改变。为保护大坝安全,延长坝体使用年限,保护下游农田设施等因素,有必要了解存在泥沙淤积情况下的宽顶堰堰流水力特性,为淤地坝的除险加固提供理论依据。本文依托水利部黄河泥沙重点实验室开放课题“泥沙淤积对淤地坝下游溢流堰流量系数的影响研究”和山西省水利科学技术研究与推广项目“满淤状态下淤地坝淤积高度对下游宽顶堰水力特性的影响研究”,以淤地坝除险加固中所面临的淤面高于排洪渠底这一问题为背景,对设置有宽顶堰的溢洪道泄流水力特性进行研究。本文利用物理试验研究和计算机数值模拟相结合的方法,分别对堰宽为270mm及338mm的宽顶堰堰流水力特性进行研究,探究不同泥沙淤积厚度对宽顶堰堰流的影响范围及影响程度,主要结论如下:（1）随着泥沙淤积厚度的增加,水流流态沿程整体趋势基本保持与未淤积时相同,但在堰上游部分堰流的壅水现象随着淤积厚度的增加逐渐减弱,整体流态逐渐向明渠水流流态发展。（2）在同一淤积工况时,与无淤积时相同,其余各淤积厚度下沿程水面线仍随着流量的增大保持增大的趋势;但在同一流量工况时,沿程水面线则随着淤积厚度的增加而下降,即反映出淤积厚度的增加提高了宽顶堰的泄流能力,对其壅水作用则有减弱。（3）流量及淤积厚度改变对宽顶堰堰流表层流速的影响均集中在堰前部分,对堰后区域影响较小。在同一淤积工况时,宽顶堰堰前水流表层流速随着流量的增加而增大。在同一流量工况时,随着淤积厚度的增加,过水断面逐渐减小,因此宽顶堰堰前水流表层流速也逐渐增大。（4）除无泥沙淤积时试验所测得流量系数与经验公式吻合度较高外,其余存在泥沙淤积时的堰流流量系数经验公式均与实际误差较大,因此根据数理统计理论拟合得出了存在泥沙淤积时的宽顶堰流量系数经验公式:m=（0.3911-0.083（3-P/H）/（0.0914-3.402P/H））*α0.2162*β-0.1637,其中α＞0,β＞0。本文的研究成果可以为解决黄土高原地区病险淤地坝的安全隐患提供理论支撑。
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