泄洪霧化水滴分檔隨機噴濺數學模型及其驗證

張 華，何貴成

(華北電力大學水利與水電工程學院，北京 102206)

水利工程在挑流泄洪時，產生的高速水舌與空氣摻混[1]，兩股水舌碰撞，以及水舌和下游水面的撞擊，都會形成大小不一的霧源。霧源處噴濺的水滴，在壩下游沉降，產生強度遠大于自然降雨的泄洪霧化降雨[2-3]。嚴重的泄洪霧化會影響電站電氣設備的正常運行、沖蝕地表，影響岸坡穩定和廠區交通等[4-5]。研究泄洪霧化的產生機理、霧源強度、擴散規律、以及降雨強度，對采取合理措施減輕泄洪霧化的危害具有重要價值[6]。

泄洪霧化降雨范圍和大小的計算，常用原型觀測[7]、理論分析[8]、模型試驗[9]和數值模擬[10-11]等方法。梁在潮[12]詳細描述了泄洪霧化現象，推導出了水舌摻氣量、濺水影響區域和霧流擴散的理論計算公式。劉宣烈等[1]采用立體攝影和電阻式摻氣儀兩種測量方法，試驗得到了水舌斷面摻氣濃度、沿程變化與參數的關系。張華等[13]在觀測與試驗數據的基礎上，提出了水滴隨機噴濺數學模型，應用較為廣泛[14-16]。水滴隨機噴濺數學模型在初始條件中采用多個隨機變量以模擬水滴在霧源噴出時的隨機特性，隨機變量包括噴濺水滴的直徑、速度和偏移角等。

在水滴隨機噴濺數學模型基礎上，學者進行了模型的適用性驗證，以及改進工作。如在雙江口水電站數學模型噴濺試驗[17]的數值計算中，水面以上的下墊面為自然地形，驗證了水滴隨機噴濺數學模型在復雜地形情況下的適應能力。……