溃口形状演变及水力估算探究

溃口形状是一个动态发展过程，它的最终稳定形状大小取决于溃口内外水位落差及堤身堤基土料组成等情况。由于堤防的基础均为细粉沙壤土层，抗冲流速很小。溃口处一般都有不同程度的较深冲坑。若对溃口处不加以约束（如抛料裹头等），则溃口会发展至与水流落差、堤身堤基土料相适应的基本稳定形状。对于面积在0．67万hm2（10万亩）以内堤垸，在高洪水位下30～40h即可充满或接近充满。此后由于水的内外落差减小，流速减小，对溃口形状改变不会太大，但是如急于抢堵，则溃口形状与大小会随抢堵措施力度及所处地形地质状况不同而异。1996年，洞庭湖区较大堤垸溃口145处，溃口总长35000m；对于这些溃口均未在内外落差较大情况下强行抢堵。平均宽度在200m以上，对于较大堤垸也有少数在300～500m范围；局部冲坑深度也都在10～20m不等。就安造垸溃口而言，其溃口形状与大小动态过程大体可分3个阶段：①溃口自然发展阶段。由小到大，迅速扩大，横向展开为主，竖向冲刷堤基相对较慢较轻。②裹头限制溃口扩大阶段。在内外落差仍然较大的情况下，由于人工强行控制溃口两个堤端不再崩坍扩大。迫使水流转向冲刷溃口底部，以达到溃流过水断面与溃口周边抗冲能力的基本平衡为止。与此同时，垸内水位不断提高，落差逐渐减小，溃口处水流冲刷能力也逐渐减弱。③从溃口两堤端强行进行封堵，造成溃口口宽进一步缩小阶段，由两端进占封堵致使溃水进一步冲刷底部，因而从竖向扩大过水断面，以降低过水断面流速而获得新的平衡。

图4-26　溃口进水流量过程图(www.xing528.com)

鉴于种种因素作用结果，溃口处水流状态十分复杂，多数属二元甚至三元非恒定流问题。无法采用圣维南方程描述。溃口处很短流程上的任何过水断面均处于快速变化之中，极不稳定。故此，对于溃垸水流的水力分析计算，也只能定性与定量结合进行估算。以期获得一些定性量化数据，提供分析研究参考。溃垸水力分析计算中的主要内容是如何估算溃口流速与流量。知道流速就可以确定抢堵时抛投物料尺寸大小，知道流量就可以计算垸内水位上涨速度快慢。安造垸溃口处曾作过几次面流浮标法与水下流速仪法测量。溃口断面水深也曾用水尺标杆和铅锤进行过测量。据此采用一些相近堰流公式估算入流量大小，从而得出如下一个流量变化过程线，如图4-26所示，由此所推算出的总溃入水量∑W＝6．4535亿m3基本符合垸内容积与高程关系曲线。