堤防潰口特征分析及水流特性研究評(píng)述

顏志慶，李 琪，馬洪福，劉明瀟

(1. 華北水利水電大學(xué)水利學(xué)院，鄭州 450045； 2. 華北水利水電大學(xué)水力學(xué)及河流研究所，鄭州 450046)

我國(guó)是一個(gè)洪水多發(fā)，潰口頻生的國(guó)家。在所有的自然災(zāi)害中，洪水自身造成的災(zāi)害比約占一半；同時(shí)，在我國(guó)比較常見(jiàn)的自然災(zāi)害中，洪災(zāi)發(fā)生的頻率、影響范圍及所造成的損失情況均居前列[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在過(guò)去將近150年中，黃河大堤發(fā)生決口96次；在我國(guó)每年因洪水災(zāi)害平均每年經(jīng)濟(jì)損失達(dá)150～200 億元人民幣，占全年主要災(zāi)害損失的30%～30.3%[2]。洪水災(zāi)害不僅對(duì)附近居民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅，更嚴(yán)重影響到社會(huì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。而在眾多洪水險(xiǎn)情中，堤防潰口是造成損失最嚴(yán)重、影響面最大、搶險(xiǎn)最為艱難的[3]。

堤防作為最重要、最常用的防洪舉措之一，大多數(shù)修建在江河兩側(cè)或其他水體的外側(cè)，用來(lái)約束水流以防止洪水肆虐危害附近。而土堤由于取材方便、建造成本低、被廣泛應(yīng)用。然而堤防是自然工程，由于技術(shù)條件的限制不能夠保證它的絕對(duì)安全；當(dāng)產(chǎn)生的洪水超過(guò)堤防的抵御能力，或在汛期搶險(xiǎn)不當(dāng)或不及時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致堤防出現(xiàn)潰口[4]。如：2010年，江西扶河位于靈山何家段的唱?jiǎng)P堤發(fā)生潰口，最終潰口寬度為348 m，由于堤防潰決導(dǎo)致外泄水量2.73 億m3，淹沒(méi)3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，受淹面積約84.2 km2，最終造成經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失約9 億元[5]；1998年8月7日, 長(zhǎng)江九江段決堤50 m，潰口處流速高達(dá)4.5 m/s[6]，導(dǎo)致九江市40萬(wàn)人的生命財(cái)產(chǎn)安全受到嚴(yán)重威脅，最終總共沉入9 只船，最大150 t，最小70 t于8月10日將潰口封堵，造成直接損失1 407 萬(wàn)，間接損失900多萬(wàn)；2016年7月10日，湖南省華榮河新華垸發(fā)生大型潰口，潰口寬度47 m，流速2.61 m/s，水深6.87 m，水勢(shì)嚴(yán)重，最終不惜采用“卡車(chē)敢死隊(duì)”的方式，向潰口投入8輛30t重的大卡車(chē)將潰口封堵[7]。

江河潰決關(guān)乎國(guó)計(jì)民生，潰口堵復(fù)十萬(wàn)火急。目前江河堵口所采用的方法，均是向潰口自由拋投堵口物料，大都拋投柳枕石，土工包，大塊混凝土等材料；由于其在潰口處的水下穩(wěn)定性系數(shù)僅為0.7～0.8而導(dǎo)致堵口所需時(shí)間長(zhǎng)，甚至絕大多數(shù)堵口物料因?yàn)榉€(wěn)定性差而在高速水流中常被沖散并沖向下游導(dǎo)致堵口物料利用率低，通?，F(xiàn)場(chǎng)堵口物料的實(shí)際使用量為理論計(jì)算的1.5倍，如果遇到急流甚至高達(dá)2倍以上，因此堵口物料所需費(fèi)用是巨大的[8]。同時(shí)自由拋投的堵口物料在潰口處僅僅依靠自重來(lái)維持穩(wěn)定，它會(huì)因承受高速水流的作用或因自身重力不足而難以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)被沖向下游；當(dāng)用自重過(guò)大的拋投物料時(shí)，又會(huì)因潰口現(xiàn)場(chǎng)條件而受到限制。因此當(dāng)遇到落差較大，流速較高的大型潰口時(shí)，甚至不惜沉船沉車(chē)。目前潰口搶堵方法大都具有耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，堵口物料利用率，低安全等缺點(diǎn)。堤防潰口發(fā)生機(jī)理和潰口堵復(fù)技術(shù)是近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)之一，也是我國(guó)防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域的重點(diǎn)研究課題。為此，筆者針對(duì)國(guó)內(nèi)外堤防潰口的類(lèi)型、發(fā)展因素、形成特征和堵口技術(shù)等研究現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)要評(píng)述，重點(diǎn)闡述了堤防潰口堵復(fù)的技術(shù)研究和模擬試驗(yàn)方法，同時(shí)給出了堵口新技術(shù)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，以期為堤防潰口的發(fā)生、發(fā)展及堵復(fù)等問(wèn)題的研究起到推動(dòng)作用。

1 堤防潰口水力邊界特征分析

1.1 堤防類(lèi)型

堤防是指為約束水流外溢而修筑的擋水建筑物，通常修筑在江、河、分洪區(qū)等外側(cè)[9]；其作用為抵御超標(biāo)準(zhǔn)的大洪水泛濫而影響附近居民的生命財(cái)產(chǎn)安全以及威脅國(guó)家財(cái)產(chǎn)安全造成社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)堤防所在的位置不同可分為河堤、海堤、湖堤、水庫(kù)堤防和渠(溝)堤等；根據(jù)承擔(dān)的功能不同可分為防洪堤、防潮堤、防波堤、防沙堤、濳堤、護(hù)城堤、導(dǎo)航堤、導(dǎo)流堤，歷代治河中還有刺水堤、減水堤、遙堤、格堤和月堤[4]等；根據(jù)建造的材料不同，堤防劃分為土堤、砂堤、石堤以及混凝土堤4種，見(jiàn)表1。

表1 堤防類(lèi)型(按建筑材料劃分)

土堤是在眾多堤防中修建過(guò)程最為復(fù)雜，受水流作用影響最強(qiáng)，同時(shí)也是應(yīng)用最為廣泛的堤防之一。土堤分為黏性土堤與非黏性土堤兩種；非黏性土堤大多由砂壤土建造，由于砂壤土顆粒較粗，比表面積相對(duì)較小，黏性礦物質(zhì)成分很少，粒間的黏聚力較小，因此抵抗水流的主要作用力為泥沙顆粒的有效重力，并且過(guò)大的土顆粒間隙容易導(dǎo)致水流的滲流、管涌等破壞；而黏性土堤是由黏性土建造而成，黏性土顆粒比表面積通常較大，并且大量的黏性礦物質(zhì)成分增強(qiáng)了顆粒間物理化學(xué)作用，土顆粒之間的緊密結(jié)合能夠很好地防止?jié)B水現(xiàn)象的發(fā)生，因此顆粒間的黏結(jié)力是黏性土堤防的主要抗沖力。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外不少工程多選用人工加礫黏土或礫質(zhì)黏土來(lái)完成堤防土方填筑[10]。

1.2 堤防潰口類(lèi)型及潰口發(fā)展的影響因素

1.2.1 堤防潰口類(lèi)型

根據(jù)引發(fā)堤防潰口的主要?jiǎng)恿Γ蓪⒌谭罎⒖趧澐譃樗⒖谛秃头撬⒖谛蛢纱箢?lèi)。水力潰口型按照水作用的形態(tài)不同可分為漫溢潰口、沖刷潰口、滲透潰口、凌汛潰口等4類(lèi)；非水力潰口型主要包括出于戰(zhàn)爭(zhēng)目的的潰口和地震誘發(fā)的潰口兩類(lèi)[11]。

1.2.2 影響堤防潰口發(fā)展的因素

堤防潰口發(fā)展的影響因素主要包括以下3個(gè)方面：一是潰口處的水動(dòng)力因子，包括河道流量、河道水位及其變動(dòng)情況以及波浪的作用；二是潰口處的邊界條件，主要指筑堤材料的物理特性(黏性土、非黏性土)以及堤防的結(jié)構(gòu)特征等；三是潰口持續(xù)時(shí)間。在堤防發(fā)生潰口時(shí)，以上三個(gè)影響因素即相互影響又相互制約。

當(dāng)水流動(dòng)力因素作用相對(duì)較強(qiáng)時(shí)，此時(shí)由于堤內(nèi)、外水位的大落差將產(chǎn)生潰口處大流速，筑堤材料會(huì)因無(wú)法抵抗水流的沖刷作用而導(dǎo)致潰口迅速擴(kuò)寬，同時(shí)伴隨潰口斷面面積的不斷增大，水流的水動(dòng)力作用將會(huì)漸漸減弱，表現(xiàn)為流速的減小。潰口的邊界條件，即其口門(mén)形狀，與洪水發(fā)生時(shí)間及堤防的建造材料特性密切相關(guān)；當(dāng)?shù)谭赖慕ㄔ觳牧蠟樯叭劳習(xí)r，由于砂壤土的內(nèi)黏聚力小、相互之間的作用力小，潰口斷面因容易被水流沖刷迅速增大，最終形成的潰口斷面形狀為矩形；當(dāng)?shù)谭赖慕ㄖ牧蠟轲ば酝寥罆r(shí)，由于黏性土顆粒之間的相互作用力，即黏聚力較大，潰口會(huì)抵御水流的作用很難被沖刷，形成的潰口斷面形狀為三角形或梯形。同時(shí)水流對(duì)堤防的沖刷時(shí)間越長(zhǎng)，潰口斷面形成越大、堤防所受破壞越大；洪水持續(xù)時(shí)間越短，對(duì)堤防的影響越小。因此對(duì)于潰口的發(fā)展，水流的沖擊作用使?jié)⒖诘倪吔绨l(fā)生改變，潰口邊界的變化反過(guò)來(lái)會(huì)對(duì)水流產(chǎn)生約束，以上兩者的相互影響最終決定了潰口斷面的變化過(guò)程及形狀。

1.3 堤防潰口發(fā)展過(guò)程

土堤潰口形成的原因不同，導(dǎo)致其發(fā)展過(guò)程不同。目前土堤潰口的產(chǎn)生大多是由于漫溢和管涌而導(dǎo)致的，那么針對(duì)這兩種情況來(lái)具體說(shuō)明。

(1)由于漫溢導(dǎo)致堤防潰口形成的過(guò)程，主要分以下4個(gè)階段：

第一階段：從堤防頂部漫溢開(kāi)始，當(dāng)下游面的侵蝕發(fā)展到峰頂?shù)南掠芜吘墪r(shí)結(jié)束。這個(gè)階段會(huì)導(dǎo)致上下游很長(zhǎng)一段堤防被水流侵蝕，水流不僅侵蝕堤防下游面還可能侵蝕堤防頂部的局部薄弱處。一旦侵蝕現(xiàn)象發(fā)生，侵蝕地區(qū)的湍流將會(huì)加速堤防的侵蝕過(guò)程。

第二階段：在階段一結(jié)束時(shí)開(kāi)始，當(dāng)水流侵蝕進(jìn)行到頂部的上游邊緣時(shí)結(jié)束。如果在這個(gè)過(guò)程中水位下降，在第一或第二階段的堤防可能不會(huì)出現(xiàn)潰口。

第三階段：在第二階段結(jié)束時(shí)開(kāi)始，當(dāng)水流已經(jīng)侵蝕到堤防基礎(chǔ)時(shí)結(jié)束。

第四階段：在階段三結(jié)束時(shí)開(kāi)始，當(dāng)潰口完成成型時(shí)結(jié)束。

(2)由于管涌導(dǎo)致堤防潰口形成的具體過(guò)程如下：

第一階段：在首次觀察管涌出現(xiàn)時(shí)開(kāi)始，但土堤中的土不發(fā)生移動(dòng)，此時(shí)堤防中的土壤與滲透水流混合在一起。

第二階段：從階段一結(jié)束時(shí)開(kāi)始，并在堤防頂部崩潰時(shí)結(jié)束。 在第二階段，由于堤防頂部已經(jīng)出現(xiàn)潰口其附近的部位的材料會(huì)停止移動(dòng)。

第三階段：在階段二結(jié)束時(shí)開(kāi)始，當(dāng)水流已經(jīng)侵蝕到堤防基礎(chǔ)時(shí)(類(lèi)似于漫溢的第三階段)結(jié)束。

第四階段：在階段三結(jié)束時(shí)開(kāi)始，并在潰口完成成型時(shí)結(jié)束。

通過(guò)分析這兩種情況下潰口的形成過(guò)程發(fā)現(xiàn)：雖然各種堤防潰口類(lèi)型的初始階段趨向于不同，但堤防潰口形成的最后兩個(gè)階段是相似的。第三階段堤防的基礎(chǔ)被水流侵蝕，由于堤防基礎(chǔ)的土壤結(jié)構(gòu)被破壞，被侵蝕堤防的基礎(chǔ)失去穩(wěn)定；第四階段潰口已經(jīng)形成并最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。高速水流的作用使?jié)⒖诳焖傩纬桑?dāng)發(fā)現(xiàn)潰口并開(kāi)始調(diào)動(dòng)人力物力來(lái)進(jìn)行搶堵時(shí)，堤防潰口往往已經(jīng)處于第三階段以后。

1.4 堤防潰口理論公式

對(duì)于堤防潰口水利要素的理論計(jì)算可采用潰壩公式及寬頂堰公式對(duì)潰口處的水力參數(shù)(流量、流速)進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)證。

1.4.1 潰壩公式法驗(yàn)證

潰堤和潰壩都屬于非恒定含間斷的淺水問(wèn)題[12]．因此在計(jì)算和驗(yàn)證堤防潰口處泄流量時(shí)，根據(jù)謝任之[13]在《潰壩水力學(xué)》中提出的潰壩壩址峰頂流量計(jì)算公式：

(1)

式中：Q為峰頂流量，m3/s，在此指堤防潰口處洪峰最大流量；B為壩址河谷寬度，在此指堤防潰口中軸線處的寬度；H0為潰壩前上游水深，在此指堤防出現(xiàn)潰口處上游水深；g為重力加速度(9.81 m/s2)。

任何一個(gè)耐密型玉米品種必須通過(guò)品種審定，經(jīng)過(guò)多點(diǎn)試驗(yàn)、示范，才能大面積推廣應(yīng)用，否則就會(huì)帶來(lái)麻煩和減產(chǎn)損失。2011年建昌縣某經(jīng)銷(xiāo)商因?yàn)闆](méi)有試驗(yàn)，直接大面積推廣一個(gè)品種，結(jié)果造成嚴(yán)重減產(chǎn)。

1.4.2 寬頂堰公式法驗(yàn)證

土堤防由于漫溢、滲流等作用出現(xiàn)潰口時(shí)，根據(jù)劉默，韓程起[14]在河道堤防模擬潰口水力計(jì)算簡(jiǎn)化算法研究一文中提出，往往因堤防的上游河床為淤泥質(zhì)河床，在高速水流的沖擊下因淘刷作用導(dǎo)致上游河床出現(xiàn)一定的下陷，并在確定典型研究潰口對(duì)象時(shí)，堤防潰口處的下游側(cè)為土質(zhì)漫灘區(qū)，可見(jiàn)堤防潰口的最終形態(tài)與寬頂堰的形式相似，如圖1所示，Z0為河道水位，Z1為灘區(qū)水位，V0為潰口流速，V1為河道流速。

圖1 堤防潰口縱斷面Fig.1 Longitudinal section of the levee breaches

故根據(jù)寬頂堰流公式對(duì)所確定的潰口參數(shù)進(jìn)一步驗(yàn)證。

(2)

式中：H0為堰頂全水頭，在此帶入堤防潰口處上游水深；b為斷面寬度，在此帶入堤防潰口寬度；m為堰的流量系數(shù)，取決于口門(mén)的進(jìn)口形式和堰的相對(duì)高度P1/H，可用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

對(duì)于口門(mén)入口近似為直角的寬頂堰：

(3)

對(duì)于口門(mén)進(jìn)口近似為圓角的寬頂堰：

(4)

側(cè)向收縮系數(shù)ε計(jì)算公式為：

(5)

上游河床被淘刷的堤防潰口形狀雖與寬頂堰相似，但堤防潰口上游為主河道，來(lái)流面積更廣，示意圖見(jiàn)圖2，故根據(jù)公式(3)，在計(jì)算側(cè)向收縮系數(shù)時(shí)，A1相比A2為無(wú)限，A2/A1=0，則側(cè)向收縮系數(shù)取為0.57。

圖2 寬頂堰示意Fig.2 The sign of wide weir

2 潰口水流特性研究

2.1 潰口水流數(shù)值模擬研究

20世紀(jì)末以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)堤壩(防)潰口處的水流特性和潰口發(fā)展機(jī)理建立了相關(guān)數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行了數(shù)值模擬。Zhang X. F. 等[20]提出了一種平面二維非均勻沙的數(shù)值模型，模擬了潰壩后的河床變形過(guò)程。陳裙等[21]在已有平面而二維非恒定、非均勻沙不平衡懸移質(zhì)泥沙數(shù)學(xué)模型模擬堤防出現(xiàn)潰口完整演變過(guò)程的基礎(chǔ)上，通過(guò)考慮潰口橫向?qū)挾茸兓^(guò)程的模擬，并借鑒Daffy提出的分析濕性土河岸穩(wěn)定性的方法，創(chuàng)建了一種能夠模擬堤防潰口寬度變化數(shù)學(xué)模型。宋利祥[27]提出以堤防潰口處的高速水流作為研究對(duì)象，并以二維淺水方程Godunov型有限體積法為基礎(chǔ)，建立了適用于不規(guī)則計(jì)算域和地形上潰堤洪水演進(jìn)的高性能二維數(shù)學(xué)模型來(lái)展現(xiàn)潰堤處高速水力的性質(zhì)。之后，袁晶等[28]利用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，結(jié)合土力學(xué)中黏性土河岸的崩塌機(jī)理，建立了可變網(wǎng)格下的堤防潰口展寬二維數(shù)學(xué)模型。Han, K. Y.等[22]通過(guò)研究一種從破裂堤防洪泛波傳播的組合，建立一維和二維流體動(dòng)力學(xué)模型，同時(shí)該模型以1990年9月12日至13日在韓國(guó)漢江發(fā)生的堤防潰口為例，采用一維模型通過(guò)Preissmann方法解決了Saint-Venant方程，二維模型通過(guò)積分有限差分法求解了擴(kuò)散波方程。同樣的，Yohannis Birhanu Tadess等[25]通過(guò)建立二維水動(dòng)力(Telemac2D)洪水模型，來(lái)模擬2013年6月在德國(guó)萬(wàn)治河產(chǎn)生的堤防潰口。S. Huang等[26]通過(guò)建立模型并擴(kuò)展到納入準(zhǔn)二維方法和蒙特卡羅分析來(lái)進(jìn)行潰口洪水敏感性分析，以確定水力條件和邊界條件對(duì)所得水流的敏感性。并用德國(guó)易北河的一個(gè)堤防潰口進(jìn)行驗(yàn)證。苑希民等[32]提出為解決河道洪峰流量增大和漫潰堤長(zhǎng)歷時(shí)相伴發(fā)生的洪災(zāi)現(xiàn)象，借鑒全二維氣相色譜理論提出全二維水動(dòng)力模型概念，建立了模擬河道和灌區(qū)洪水演進(jìn)的漫潰堤洪水聯(lián)算全二維水動(dòng)力模型，并采用Roe格式的近似Rie-mann解對(duì)界面通量進(jìn)行數(shù)值求解。潰口數(shù)值模擬研究尚只能初步研究堤防潰口處水力特性以及預(yù)測(cè)堤防潰口未來(lái)的發(fā)展走向，對(duì)于潰口處邊界條件的真實(shí)性及準(zhǔn)確性尚缺乏優(yōu)化研究。

2.2 潰口水流模型試驗(yàn)研究

潰口水流研究機(jī)理分為潰壩和潰堤研究，兩者潰口前后的水流特性具有本質(zhì)上的不同。潰壩前的水流基本處于靜水狀態(tài)，潰壩后水流方向基本垂直于壩軸線；而潰堤前的水流為動(dòng)水，流速方向基本平行于堤防軸線，潰堤后口門(mén)水流成為大河支流。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)潰壩、潰堤進(jìn)行了水流物理模型研究。潰口水力模型試驗(yàn)可以為潰口處洪水動(dòng)力學(xué)分析和數(shù)值模擬研究提供較為完整的數(shù)據(jù)資料，但由于研究規(guī)模大、經(jīng)費(fèi)高、花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)等原因，針對(duì)現(xiàn)有潰口的水流物理模型試驗(yàn)研究非常有限。針對(duì)潰壩的水力模型試驗(yàn)研究，F(xiàn)raz?o、Bellos等[29]人分別在渠道上和變截面水槽開(kāi)展了潰壩水流實(shí)驗(yàn)，揭示了潰壩洪水波在干底斜坡上的流動(dòng)特征，以及二維潰壩洪水在收縮段和擴(kuò)寬段的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。針對(duì)潰堤的水力模型試驗(yàn)研究，孫蘆忠等[30]進(jìn)行了堤防決口的水力學(xué)模型試驗(yàn)研究，在滿(mǎn)足相似理論的前提下,對(duì)不同口門(mén)形狀、幾何尺度和水頭的決口模型進(jìn)行水力學(xué)試驗(yàn)，獲得了決口口門(mén)附近的流場(chǎng)分布、流量、流速和水面線等重要水力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律,并給出了計(jì)算矩形、U形和V形口門(mén)流量的經(jīng)驗(yàn)公式，試驗(yàn)研究成果為進(jìn)行大型決口搶險(xiǎn)提供重要的科學(xué)依據(jù)。Roger等[29]關(guān)注到了潰堤與潰壩的區(qū)別，通過(guò)物理模型實(shí)驗(yàn)研究和分析了河道水流影響下潰堤后期趨于穩(wěn)定時(shí)分洪水流的特性，但其設(shè)計(jì)的物理實(shí)驗(yàn)僅測(cè)量了潰堤完全穩(wěn)定后的水面情況，不能提供變化過(guò)程中的水面數(shù)據(jù)。王黨偉等[31]根據(jù)潰堤機(jī)理研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行了漫頂潰堤水槽試驗(yàn)，分別以潰堤內(nèi)外水位差、流量、堤身材料以及密實(shí)度作為變量進(jìn)行了多組試驗(yàn)，記錄了水位和潰口的發(fā)展過(guò)程，為潰堤水沙數(shù)學(xué)模型的建立提供了理論基礎(chǔ)。之后，陸靈威[29]則通過(guò)物理模型實(shí)驗(yàn)，模擬了潰堤發(fā)生時(shí)河道和洪泛區(qū)內(nèi)水流過(guò)程，采用壓力傳感器陣列和聲學(xué)多普勒流速儀對(duì)潰堤洪水演進(jìn)過(guò)程中的關(guān)鍵物理量進(jìn)行了測(cè)量，分析研究了洪泛區(qū)內(nèi)洪水波的傳播特征、河道內(nèi)潰口上下游落水波的不對(duì)稱(chēng)性和潰口流量過(guò)程，實(shí)驗(yàn)成果彌補(bǔ)了當(dāng)前河道潰堤實(shí)測(cè)和實(shí)驗(yàn)資料不充足的現(xiàn)狀，為河道潰堤洪水基本特性和演變規(guī)律研究提供基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)資。張曉雷[32]進(jìn)行了堤漫灘洪水的概化模型試驗(yàn)，模擬了生產(chǎn)堤潰決后主槽內(nèi)的水位變化及不同程度漫灘洪水的傳播過(guò)程。綜上所述，潰口研究不僅需要關(guān)心洪水演進(jìn)程，還需要了解口門(mén)局部區(qū)域的流場(chǎng)。物理模型實(shí)驗(yàn)不僅可以彌補(bǔ)實(shí)際觀測(cè)的困難和不足，還可以為數(shù)值模擬提供研究數(shù)據(jù)。因此，相對(duì)于數(shù)值模擬和實(shí)際觀測(cè)來(lái)說(shuō)，物理模型試驗(yàn)是一種便于測(cè)取潰口洪水各項(xiàng)數(shù)據(jù)的可靠的研究方法。

3 堤防潰口水力特征研究的認(rèn)識(shí)與建議

(1)監(jiān)測(cè)和決策系統(tǒng)的建立與完善。堤防潰口發(fā)生時(shí)間短，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，造成損失大，更快、更高效的加強(qiáng)堤防出險(xiǎn)排查，是各級(jí)河務(wù)部門(mén)更加關(guān)注的問(wèn)題。從源頭預(yù)防堤防潰決發(fā)生，建立一套完善的汛期堤壩實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)十分必要；處理堤防出險(xiǎn)，還需建立和完善堤防搶險(xiǎn)決策系統(tǒng)。

(2)潰口堵復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。潰口堵復(fù)難在潰口口門(mén)比降大、流速高，拋投物很難在河床穩(wěn)定生根；而過(guò)大的拋投物又受到投放機(jī)械設(shè)備的限制。堵口物料成體消殺水勢(shì)有助于提高潰口堵復(fù)效率，因此開(kāi)發(fā)更為先進(jìn)、科學(xué)的潰口河床固結(jié)技術(shù)與拋投方法十分必要，快速高效的潰口堵復(fù)技術(shù)必須解決：潰口拋投物迅速生根與拋投體迅速擴(kuò)展兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

(3)數(shù)值模擬與物理模擬相結(jié)合的潰口及堵口研究方法。數(shù)值模擬研究為實(shí)際潰口搶堵提供研究基礎(chǔ)及為以后的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)提供驗(yàn)證手段，但由于堤防潰口處邊界條件具有一定的不確定性和特殊性，且在模擬的過(guò)程中邊界條件的理想化導(dǎo)致誤差存在，而物理模型試驗(yàn)可以真實(shí)的模擬現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境和水流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，但缺乏潰口發(fā)生機(jī)制的定性分析和預(yù)判能力，因此數(shù)值模擬與實(shí)際試驗(yàn)相結(jié)合是研究潰口和潰口堵復(fù)技術(shù)的高效研究方法。

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