我国水利史上的奇迹—记唐代著名它山堰工程

它山堰位于浙江省鄞县鄞县镇西南,距宁波市约25公里。该堰始建于唐太和七年(公元833年),迄今已有1 159年的悠久历史。它是我国四大古堰之一,与四川都江堰等齐名,并被列为国家一级重点文物保护单位。它是阻咸引淡的渠首工程,也是当地水运的枢纽。整个工程由唐代建的它山堰和三座排涝进水堰、南宋淳祐二年(公元1242年)建的回沙闸和鄞西通航灌溉河网所组成。堰体全长约115米,高出河床约3米(封二彩图1)。堰     

动力渠道中涌波的实验研究

在设有侧堰的非自动调节动力渠道中，为确定压力前池墙顶与各段渠顶高程，必须推求当电站机组突然丢弃负荷时渠道（包括侧堰段）最大涌波高度及侧堰段泄流量之变化。 德国Ｊ·Ｆｒａｎｋ曾对呈均匀流态之渠道侧堰段（原不泄水）的涌波进行过研究，认为该段涌波沿侧堰衰减。但Ｊ·Ｆｒａｎｋ未论及当侧堰段呈非均匀流态壅水曲线（原已泄水）的情况。本文着重研究在设有侧堰的非自动调节渠道中，洪水期电站机组突然丢弃负荷时侧堰段涌波变化规律。在分析Ｊ·Ｆｒａｎｋ及华东水电勘测设计院公式的基础上，通过试验论证，提出了波高计算式（１０）。一方面得出洪水期非均匀流时，侧堰段最大涌波位置与Ｑ０／ＱＣ′比值有关，侧堰泄流量随堰顶涌波之起伏而交替增减，其时均流量Ｑ大于恒定流时的侧堰泄流量Ｑ０而小于全丢负荷、水位稳定后的侧堰泄流量Ｑ０′的结论；另一方面对侧堰段呈均匀流的情况得出与Ｊ·Ｆｒａｎｋ相同的结论。 此外，通过研究发现，按苏联Ｍ．Д．чертоｙｃｏв介绍之方法推求电站机组突然全丢负荷时渠道中的最高水位，结果是数值偏高。初步认为，这是由于该法假定降波与涌波均按同一直线规律变化，因而与实际情况有出入所致，但认为该法作为初步估算还是可行的。     

堰式撇油器的改进

对现有堰式撇油器的原理和结构进行改进,使其具有油水分离功能:利用泵吸产生的负压将油水混合物快速吸入集油箱,进入箱内的油滴因为流动中获得的向上初速度和浮力的作用而迅速上浮分离。将分离出的纯油回收,水排出集油箱外。改进后的撇油器溢油回收的效率大幅提高。     

塘坎上水库工程泄洪建筑物布置与结构计算

结合塘坎上水库坝址区地形地质条件,对泄洪建筑物整体布置和结构体型进行了详细分析和计算。结果表明:泄洪建筑物设计方案的表孔泄洪能力、溢流堰特征高程值设置、消能防冲等性能,均能满足设计和规范要求,具有较好的泄流、消能和防冲刷效果。     

分水角度及侧渠底高对分水口流速分布影响研究

目前对分水口水流结构研究多集中在分水角度为直角的工况，对于受地形条件限制，侧渠道与主渠道底部非等高、非直角分水角的工况缺乏系统性研究.在试验的基础上，利用FLOW-3D数值模拟软件对不同分水角度下矩形渠道分水口进行模拟.结果表明：60°分水角有利于主渠道分水排沙，水流横向流速最大值多位于水面或近表层，悬移质泥沙颗粒易进入侧渠道，近底层水流纵向流速梯度较大，床面泥沙颗粒容易流向主渠下游，分水口处不易形成淤积；侧渠底高(堰坎)存在时，靠近分水口处水流横向流速分层较为明显，主渠道分水排沙效果较好；水流动力轴线的位置和偏转幅度改变了分水口区域的流速分布，进而影响主渠道分水量和床面泥沙的冲淤.该研究为灌区引水及水量分配提供了参考.     

考虑颗粒组成的堰塞体溃口峰值流量快速预测模型

堰塞体的溃决洪水会给下游人民生命财产带来重大的威胁，快速、准确地预测溃口峰值流量，对科学评估堰塞体溃决致灾后果和应急响应具有重要意义.国内外学者基于堰塞体溃决案例调查资料，采用回归分析方法，提出了一系列预测堰塞体溃口峰值流量的参数模型，但已有的模型均未考虑堰塞体颗粒组成对溃口峰值流量的影响.基于国内外86座堰塞体案例的颗粒级配曲线，分析了3种不同类型堰塞体(土质型、混合型、块石型)的颗粒组分特性，并提出了堰塞体类型的定量划分指标.基于国内外已开展的模型试验结果及具有实测数据的堰塞体溃决案例，通过分析不同堰塞体类型、堰塞体形态、堰塞湖体积与溃口峰值流量之间的关系，选择堰塞体高度、宽度、溃决时的堰塞湖体积以及自定义的考虑颗粒组成的冲蚀因子等4个参数，采用多元回归分析方法，建立了堰塞体溃口峰值流量的快速预测模型.选取近年来发生的5座堰塞体溃决案例，对提出的模型进行验证，并与国内外已有的典型参数模型进行对比，计算结果表明，提出的参数模型计算溃口峰值流量的相对误差均在±20%以内，与其他模型相比具有一定的优势，验证了该模型的准确性.     

堰塞坝溃口及洪峰参数模型评估与优化

由滑坡等失稳地质体快速堆积并堵塞河道形成的堰塞坝溃决后会对下游人民生命财产安全造成极大威胁。建立快速准确的溃决参数预测模型，是制定有效防灾减灾措施的必要条件。本文收集了75例包含坝高、库容、溃口峰值流量、坝体冲蚀系数等参数的堰塞坝案例，基于均方根误差、回归相关系数、百分比偏差三个指标对具有代表性的土石坝和堰塞坝参数模型进行评估。通过回归分析建立新的堰塞坝溃口深度预测模型及溃口峰值流量预测模型，将新建模型与现有模型对比，在实际案例中验证了模型的适用性。研究结果表明：现有模型中单参数、双参数及土石坝模型对于堰塞坝溃决参数预测效果不佳，考虑坝体易蚀性的参数模型具有较高准确性，本文所建新模型预测效果有所提升，使用范围更广，预测结果可为堰塞坝的防灾减灾措施提供参考。     

土石坝漫顶溃决模型的分析比较

为解决由现场溃坝过程记录资料匮乏导致的大量土石坝漫顶溃坝模型得不到工程验证的问题,在分析总结17种土石坝漫顶溃决机理模型基础上,以唐家山堰塞坝1/3溃坝事故为工程背景,选取BREACH模型、DB模型和IWHR模型对其溃坝过程进行数值模拟,研究这3种模型计算得到的筑坝材料冲蚀速率、流量过程线和水位变化曲线与实测值的差异。应用BREACH模型研究了筑坝材料的黏聚力、内摩擦角、不均匀系数和孔隙率对流量过程线的影响。结果表明:(a)IWHR模型预测的洪峰流量最大,BREACH模型次之,DB模型最小;(b)与实测数据相比,DB模型和IWHR模型预测的峰现时间提前,BREACH模型预测的峰现时间推迟;(c)随着黏聚力和内摩擦角的增大,计算峰值流量减小,峰现时间延后;(d)随着孔隙率和不均匀系数的增大,计算峰值流量增大,峰现时间提前;(e)不均匀系数和孔隙率对溃坝计算结果的敏感性尤为显著。