溃坝模型试验研究的现状与发展.docx

溃坝模型试验研究的现状与发展摘要：简单介绍了溃坝研究意义针对大坝可能存在的安全问题阐述了目前国内外利用模型试验研究溃坝问题的现状及与之相应的溃坝过程研究测量技术的现状与发展。关键词：溃坝机理测量技术现状发展1引言水库大坝可给人类带来诸如防洪、灌溉、发电等多重的经济效益与社会效益。水电作为一种清洁能源在日益强调生态文明的今天有着重要的地位。越来越多的大型水库被兴建给人类带来了巨大经济和社会效益然而水库大坝也存在着溃决的风险。根据统计资料1954-2006年之间我国有3498座溃坝水库大坝年溃坝率达到8.761×10-4其中土坝所占比例超过90%漫顶溃坝比例占50.2%[1]坝体越高、水库库容越大溃坝之后的危害性就越大。例如1975年8月河南驻马店地区板桥石漫滩等数十座水库漫顶垮坝1100余万人受灾。水库大坝一旦失事其后果往往是灾难性的因此对溃坝问题进行研究是十分必要的。2溃坝问题国内外研究现状2.1溃坝研究的主要手段世界各国都很重视对溃坝问题的研究。溃坝问题研究的主要手段有数值模拟及模型试验研究两种。目前以数值模拟研究为主但由于研究问题的特殊性溃坝过程历史统计资料很少且准确度不高。溃坝模型试验与数值模拟研究相辅相成对完善数学模型有很大帮助。另外溃坝模型试验在溃坝机理的研究上有着数值模拟无法比拟的优越性。2.2溃坝模型试验研究的主要内容溃坝模型试验研究的主要内容有两个即溃坝洪水研究及溃坝机理研究。19世纪末至20世纪80年代溃坝研究主要以溃坝洪水研究为主而从20世纪90年代以来关于此问题则以溃坝机理研究为重点[2]。溃坝机理的研究对了解大坝溃决的发生、发展过程掌握下游溃坝洪水演进规律处理溃坝突发性洪水灾害、提前编制紧急情况应急预案、发布洪水预警、组织人员的撤离与逃生、实施紧急救援措施等均具有十分重大的意义。然而由于大坝溃决涉及筑坝材料性能、坝体施工质量等诸多因素因而及其的复杂导致目前对于溃坝机理众说纷纭尚无准确统一的认识。从20世纪90年代开始很多欧美国家开展了溃坝机理研究。例如美国国家大坝安全计划（NDSP）[3]、欧洲共同体的CADAM项目、IMPACT项目[4]等。试验取得了较丰富的成果并提出了HeadcutErosion溃坝机理（国内称之为“陡坎理论”）。3溃坝过程测量技术的发展3.1摄影摄像技术摄影、摄像方法是目前国内主要的溃坝过程测量方式。测量溃坝过程实际就是弄清大坝损毁变形过程将监测点测量得到的数据进行处理还原监测点二维甚至三维的坐标对比各个时刻监测点的坐标就可以知道位移情况由此监测大坝的溃决过程。一般采用CCD高速摄像机来拍摄记录溃决过程然后慢速观察但实际也是肉眼通过对溃坝过程的观看来获得资料准确度并不高。而且CCD高速摄像机价格非常昂贵极大的限制和阻碍了一些研究者进行试验研究。3.2欧盟IMPACT项目的应用IMPACT项目专门研制了用于记录溃口发展的传感器这种专门的传感器由倾覆传感器及微处理器组成可以记录传感器被水流冲走的时间试验结束后工作人员从下游河道内将传感器捡回把记录的信号信息读取出来反向推导坝体溃决过程。但是这种传感器不仅需要在模型制作过程中安装到坝体内部还需要在溃坝之后到下游找到传感器并取回数据分析寻找传感器需要大量的人力而传感器的数量较大经济成本颇高。3.3电阻矩阵定位技术重庆交通大学水利水电实验室近期开展了一项关于溃坝过程测量技术的研究。利用电阻定位矩阵技术来观测大坝的溃决过程。电阻矩阵定位技术的基本原理是基于电阻式感应屏思路设计先将电阻按照矩阵网格排列方式进行连接得到由众多等值电阻串并联而成的矩形网络――电阻矩阵。电阻矩阵中电流、电压值应由基尔霍夫电流定律（公式（1）、（2））和基尔霍夫电压定律（公式（3））计算考虑计算量巨大研究采用模拟电路获得电阻矩阵各缺失状态电流数据由电路模拟软件Multisim10.0.1构建电阻矩阵电路。通过电阻矩阵以及扫描电路组成阵四角接入电流表或电压表读取矩阵内电流或电压数据。测量获得数据为带有时间坐标的电流值每组电流值由四个处于矩阵各角电流表所测得并由无纸记录仪自动记录。由于电流值与矩阵缺损电阻间的对应关系按照各组电流数据的时间先后根据各组数据对应矩阵电阻缺失情况便可还原出电阻缺失顺序及其与时间的关系。4存在的不足及未来发展趋势对于溃坝的研究目前已经取得了一定成果但是对于溃坝机理的研究还不够深入尚未取得统一的认识。由于测量技术的限制溃坝过程尤其是溃口发展过程还难以准确得知这就限制了溃坝机理的研究。另外由于模型试验