挑流泄洪雾化雾源量影响因素及分布规律研究

水利工程挑流泄洪时，水舌与下游水体碰撞产生的大量激溅水滴是泄洪雾化的主要雾源。激溅的水滴总量（雾源量）以及水滴数量、直径和反弹角度（雾源形态分布）不仅是岸坡降雨强度的主要决定因子，也是泄洪雾化物理模型、数学模型以及原型经验公式等雾化降雨强度预测方法的重要参数，直接关系到泄洪雾化预测成果的精度。本课题拟建立较大泄水规模的实体模型，模拟泄洪水舌与下游水体碰撞以及激溅反弹过程。通过滴谱法和称重法揭示雾源量与泄洪流量、水舌入水角度及入水速度等主要影响因子之间的定量响应关系。采用高速摄影成像技术记录水舌入水碰撞、水体反弹和激溅过程，阐明其运动模式及物理机制。开发图像分析处理软件对激溅水滴的数量、直径及反弹角度进行统计分析，探究雾源分布规律。成果不仅可以校验和修正以往预测方法中雾源分布的各种假设，完善泄洪雾化雨强预测模型，还可加深泄洪雾化现象中水体碰撞、反弹和激溅的机理认识，提高泄洪雾化整体研究水平。

泄洪雾化是指水利枢纽运行过程中泄洪水体与下游水体相撞而在下游局部区域内产生的非自然降雨和雾弥漫现象。研究泄洪雾化影响方式、范围及程度，对大坝、电站运行及边坡安全和周围生态环境影响评估至关重要，研究具有较强的应用价值。.泄洪雾化涉及到水舌的破碎、碰撞、激溅、扩散等众多物理过程，是非常复杂的水-气和气-水两相流现象，国内外开展过相关研究，但对于泄洪雾化产生过程和机理尚不明确，缺少雾源的定量研究，制约了泄洪雾化数学模型等相关研究的发展。本课题题建立了实体模型对挑流水舌落入下游水体激溅产生泄洪雾化源的运动过程进行了专门分析，通过高速摄影技术观测泄洪水舌的破碎、碰撞、激溅、扩散过程，探究泄洪雾化形成机理，同时对水舌落水区域附近的雾化源降雨强度进行测量分析，分析泄洪雾源量与上下游水位、水头差、流量等水力要素之间的定量响应。 研究结果表明，挑流水舌潜入下游水体的过程中，一方面水舌本身紊动掺气导致表面水体裂散形成抛洒雾源，另一方面在水舌作用下下游水体表面周期性地形成壅水、破裂、消落形成激溅雾源。泄洪雾化降雨的最大雨强区分布在水舌入水区前后。雾化降雨的影响范围和降雨强度与上下游水位、下泄流量、消能方式等因素有关。泄洪雾化雾源区的降雨强度以水舌落水点为中心呈对称分布，数值由内向外逐渐减小。落水区上游的雾化源主要由水舌两侧散裂水滴抛洒形成，降雨强度在横向断面内呈双峰分布；落水区下游的雾化源主要由水舌与水体激溅反弹产生，降雨强度在横向断面内呈单峰对称分布；落水区域两侧同时有水舌裂散产生的抛洒雾化源和水舌落入水体激溅反弹产生的激溅雾化源，形成的雨强基本沿纵向呈单调递增的分布趋势。报告中对上述结论提出了定量的计算公式，可供泄洪雾化数学模型的建立和相关数值模拟计算参考和验证。. 本项目的研究成果为泄洪雾化问题的研究提供了一些机理方面的认识，可供校验和修正以往预测方法中雾源分布的各种假设，完善泄洪雾化雨强预测模型，还可加深泄洪雾化现象中水体碰撞、反弹和激溅的机理认识，提高泄洪雾化整体研究水平成果有助于深入理解泄洪雾化产生机制，为解决相关实际问题提供技术支持。