摘要摘要：在前人探究的基礎上，分析了含沙量對磨損和氣蝕的影響，提出了由湍流猝發現象而引起的掃蕩磨損的概念，認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[1、[2的結論。

摘要：磨蝕掃蕩磨損氣蝕紊動

我國河流中大多數含有泥沙，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，當挾沙水流以較高的流速流經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，嚴重者直接危害到水工建筑物的平安，造成很大的經濟損失，故對含沙水流的磨蝕規律進行探究很有必要。

圖1含沙量和磨蝕失重的關系

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，主要靠實驗的手段來加以探究，不同的學者采用不同的方法在這方面做了許多探究，但他們的結果很不一致，有的甚至是相互矛盾的。水利水電科學探究院在各種空化試驗設備上如水洞、轉盤儀和磁致伸縮儀上進行的試驗，以及采用黃河沙和塑料沙進行的空化和磨蝕試驗發現，在含沙量小時，含沙量的增加對空化和磨蝕起促進功能，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的轉變點[1。而清華大學在二元文丘里管中，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，特別是對低揚程軸流泵水力模型和進水流道優化水力設計的研究已取得很多進展，有許多成果已經在泵站工程中得到成功的應用。由于種種原因，人們對進水流道內的流態比較注意、比較了解，而對出水流道內的流態則缺乏較為深入的了解。在過去相當長的一段時期內，只做過一些關于出水流道水力損失方面的試驗研究。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。出水流道的水力設計至今仍建立在傳統的一維流動理論的基礎上，這種理論與出水流道實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，尤其是在低揚程水泵裝置中的作用，已經有了愈來愈清楚的認識，提出了重視研究出水流道水力設計理論和方法的要求。1997年9月1日頒布實施的國家標準《泵站設計規范》所規定：“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比較均勻”[1]。

流道的外特性是由其內特性決定的，對流道內特性的認識應是更為本質的認識。本文采用三維紊流數值模擬的方法，對虹吸式、直管式和斜式出水流道內的基本流態進行了初步的分析計算，力圖揭示這三種形式出水流道內的三維流動形態，為認識和解決各類有關出水流道的水力學問題奠定必要的基礎。

1出水流道流動模擬的數學模型

泵站出水流道三維流動模擬采用了雷諾平均N-S方程，并以標準κ-ε紊流模型使方程組閉合。選用這種模型的原因，是因為試驗證明，標準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,且進出口轉角較大。輸水隧洞布置于右岸,由于樞紐區地形狹窄，溢洪道尾段、輸水隧洞出口共用一個消力池。設計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。縱坡分別為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試驗內容

1)上游水位與溢洪道、泄洪輸水隧洞下泄流量的關系;

2)溢洪道、泄洪輸水隧洞陡槽內水流流態研究;

一、明渠及水流的概念

明渠在自然界和實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、地貌、工程材料及管理等因素的影響，邊界條件十分復雜。根據水流運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，又根據水流的運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生變化的水流，是明渠水流中最基本、最簡單的水流形態，是明渠水力計算的基礎。根據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。嚴格地講，完全符合以上條件的明渠很少，因此均勻流在實際水流中極少發生，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，為簡化分析計算，通常將較為順直整齊、糙率基本一致、河床穩定的單式斷面河段中的水流視為均勻流。

二、工程條件

某水庫設計壩址處第1年11月至次年5月，5年一遇洪峰流量為32m3／s。設計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。結合工程兩岸實際地形、施工能力及在滿足安全經濟的原則下，欲將本工程分為兩次導流進行施工，第一期先施工左岸部分，并對右岸河床進行整治，在一期施工時洪水由右岸開挖成形的導流明渠泄向下游，從而保證左岸的混凝土施工不受上游來水的干擾，能夠順利進行。

三、導流明渠設計

(一)設計參數

摘要：本文對水閘消能防沖期間的常見問題進行了論述，結合某水利工程除險加固項目建立了水閘消能防沖的水力學模型。借助模型對過度沖刷、流速過大問題的成因進行了分析，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，為相關單位人員提供參考。

關鍵詞：水力學模型；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行消能處理。在水閘工程應用過程中，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，水閘泄流期間產生了主流集中、水流流速提升、河床沖刷情況愈發嚴重的問題，急需通過水力學模型對水流流態變化與下游翼墻加固之間的關聯性進行分析，探尋改善消能防沖設施功能效果的具體措施［1］。

2研究方法

2．1模型創建

彎曲河道是天然河道中常見的一種河流形態，多年來人們從各個方面對彎曲河道特有的水流運動規律、河床演變規律，進行了廣泛的研究[1，2].如張紅武[2]從模型試驗和理論分析出發，較為深入地研究了彎道內的水面形態、環流運動以及縱向流速的沿程分布規律等.隨著計算機性能的提高，以及數值計算方法的發展，很多研究者開始用數學方法模擬彎道內的水沙運動及河床變形.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學模型，既能模擬彎道內的水沙運動，又能考慮床面的沖淤變化，較以前有了更大的進步[5，6].盡管三維數學模型可以模擬彎道內較為復雜的水流運動和河床變形問題，不過在實際工程中用的最廣的還是平面二維模型[7，8].

通常現有這些模型只考慮河床的縱向變形，而很少注意彎道內的橫向變形問題，也即河岸沖刷問題.本文針對當前在彎道水流和河床變形模型的研究狀況，以前人的研究結果為基礎，建立了正交曲線坐標下的平面二維水沙數學模型，用于模擬彎道內的水沙運動及河床縱向變形；在深入分析河岸沖刷機理的基礎上，采用力學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資料，驗證了本模型計算的流場、岸邊水位等與實測值符合較好.同時模擬了90°彎道在持續清水沖刷下的河床變形過程，對主流線、斷面形態、主槽比降等計算結果隨時間變化的分析表明，模擬結果符合彎道變形規律.

1數學模型

本文建立的模型具有如下特點：(1)為適應不規則的岸邊界，建立正交曲線坐標下的平面二維水沙模型，并用MADI方法[9]求解水流方程組.(2)改進以往對泥沙恢復飽和系數取為經驗常數的做法，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平面二維水沙數學模型

1.1.1水流基本方程

摘要：沖刷與地基地質條件密切相關，因此查明沖刷地段的地質條件，既是進行工程地質評價的前提，也是為水工模型試驗和結構專業進行消能防沖設計提供可靠地質資料。

關鍵詞：泄水輸水建筑物；沖刷；影響因素；工程地質評價

一、泄水輸水建筑物的工作特點和沖刷地段

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，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受水流沖刷。沖刷破壞程度主要與水流和地質兩方面因素有關，根據破壞程度的差異，可分為一般沖刷地段和嚴重沖刷地段。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，多會產生比較嚴重的沖刷破壞，屬于嚴重沖刷地段。而建筑物的其余組成部分起到引水、導流作用，或將水源區水流平緩地引入主控段，或將消能后水流平穩地泄入原河道，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，長期沖刷將會引發多方面的工程地質問題：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，導致地基及建筑物失穩。③沖刷坑形成后，上游坡溯流發展，危及壩基穩定。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生影響。本文即是對該類工程防洪評價進行探究，分析其防洪影響的評價內容、指標以及評價計算方法。

關鍵詞：跨河橋梁工程;防洪評價;防洪

計算過去的眾多實踐證明，優質的跨河橋梁工程可對當地水利工程起到正向影響和輔助作用，而規劃和施工缺乏科學性的該類工程則會對當地防洪工作造成負面影響。我國早已意識到這一影響關系，故而制定了相關法律法規，督促該類工程進行防洪評價，規范相關建設行為。

1.跨河橋梁工程防洪評價內容

在跨河橋梁工程施工過程中，其必然會涉及架設橋墩等操作，架設橋墩以后，河流流經橋下時，其所能流經的河道與從前相比相對狹窄，且水流在流經該處時，橋孔也會對其流速產生影響，造成擠壓。在進行跨河橋梁施工時，在架設橋墩之外，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。當對跨河橋梁工程防洪影響進行評價時，應重點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

1前言

隨著引黃灌溉事業的發展，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的工農業效益，還將造成土地沙化，成為影響環境的公害。

渠網水沙調度的目的是通過不同的泥沙處理和灌區布置方式，進行泥沙遠距離輸送，使進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略方向。

2渠網水沙調度模型的計算方法

黃河下游引黃灌區灌溉渠道的分布均可概化成干、支、斗、農、田的結構形式，即水流自上而下逐級分流直至田間。干渠的水沙運動可用灌渠水流泥沙數學模型來計算(詳見文獻[1])。如果將支渠看成是干渠、斗渠看成是支渠，則支渠的沖淤計算也與干渠一樣，而斗渠和農渠又可看成是支渠與斗渠的模式，這樣整個灌區的干、支、斗、農渠直至田間的水沙運動過程都可求出，因此以灌渠水流泥沙數學模型為基礎，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度的渠網水沙調度模型。

由于一個灌區的支、斗、農渠很多，如果通過對每條渠道的計算來求全灌區的淤積及分布則十分繁雜。因此在渠網水沙調度模型中，根據具體情況進行了簡化。首先把灌區內自流灌區與提水灌區分開；然后根據平面位置、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，進行支、斗、農至田間的泥沙淤積及分布計算；最后用各代表支渠系統的計算結果，推算出各片的泥沙淤積分布情況，即可計算出整個灌區(包括自流灌區和提水灌區)的泥沙淤積分布。下面詳細介紹各級渠道的水沙計算方法。

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定性能等關鍵新問題開展了一系列室內外試驗探究，并提出了相應的解決辦法。根據土工充泥袋穩定要求而研制的新型袋體“沙墊”現已在工程實踐中廣泛應用。

摘要：土工充泥袋漏沙率保沙率袋體穩定

土工合成材料是一種新型的建筑材料，已廣泛應用于水利、水電、公路、鐵路、海港以及軍工等各個領域。黃河因泥沙顆粒較細，洪水流速較大，土工充泥袋應用于護岸工程時，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，內層用聚乙烯薄膜復合制成土工復合袋，然后，把袋體安裝在拋枕架內，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。實踐表明，土工復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行圍墾筑堤。實踐表明，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度快、造價低、又能就地取材和便于機械化施工等，應用前景十分廣闊。錢塘江河口泥沙顆粒細，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定性能等是關鍵新問題。對此，作者開展了一系列室內、外試驗探究。通過室內和現場試驗得知，解決袋體的保沙新問題，首先應根據泥沙的粗細情況合理地選擇袋布，用泥漿泵充填土工充泥袋結束后，其外側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浪的淘刷，從而達到保沙目的。至于袋體穩定新問題，宜采用大體積的袋體，但袋體的長寬比(L/B)應在2.0～3.5之間。根據這一要求，在錢塘江南股槽整治實踐中，研制出大體積土工“沙墊”代替長管袋。這種大體積“沙墊”現已廣泛應用，取得了顯著的經濟效益。

1土工充泥袋布的選擇

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

1.2土工充泥袋布的選擇