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泄洪雾化是泄水建筑物泄水时所引起的一种非自然降雨过程与水雾弥漫现象,随着世界坝工建设的不断发展,一大批坝高超过200m 乃至300m 的高坝陆续兴建。这些工程大多采用挑流方式泄洪消能且具有落差大、泄洪流量大、河谷狭窄等特点,泄洪雾化问题日益突出,因此泄洪雾化成为近二十年来水电工程界关注的一项新的课题。泄洪雾化对坝区两岸山体边坡的稳定性、电站机组、厂房、电气设施的正常运行、坝区交通、工作与生活等方面都会造成一定的负面影响,从某种程度上来讲甚至关系到工程的成败,已成为高坝建设中新的水力学关键技术问题之一。雾化流属于复杂的水—气两相流,研究领域涉及到水力学、空气动力学、云和降雨物理学等多种学科,是一门多学科交叉的边缘问题。研究雾化问题的目的在于减小和防范雾化水流的危害,确保工程安全。
本文根据目前挑流泄洪雾化的研究现状,通过理论分析、数值计算和模型试验对这一问题进行了较为深入的分析,特别对雾化雨区分布范围的预报和雨强特性问题进行了研究。论文详细描述并分析了挑流雾化的形成过程和产生机制,从水力学因素、地形地貌因素、气象因素三个方面分析了其对挑流雾化的影响;分析总结了常用挑流泄洪雾化数学模型预报模式,归纳阐述了采用确定性方法建立的雾化溅水区计算模式、采用随机性方法建立的水滴随机喷溅数学模型和挑流雾化人工神经网络预测模型的计算理论、方法;采用挑流人工BP 神经网络预测模型对湖南江垭大坝的泄洪雾化范围进行了预测计算,验证了模型的适用性和准确性;阐述了泄洪雾化滴谱法测试的原理、雨滴样本图像数据分析处理软件的功能模块和实现方法;通过对雾化雨滴样本谱分析的方法,深入分析了雨强的构成与形成特性,探讨了模型雨强与原型雨强间的引伸关系(模型律);通过构皮滩1/55整体模型试验,测取了8组不同工况下泄洪雾化的分布情况,由此计算得出其雨强分布等值线图,从而预测了这一实体工程的雾化分布,在此基础上分析了其雾化的各项特性、评估其雾化影响并制定相应的防护措施。