1．目的及意义

我国幅员辽阔，河流纵横，全国1km²以上的湖泊2800多个，流域面积在100km²以上的河流有50000多条，1000km²以上的河流1580条，河流总长约43万公里。对于平原冲积河流而言，通常根据其河床演变形态和演变特征分为弯曲河道、分汊河道、顺直河道、游荡河道四种类型。其中弯曲型河流在世界上分布很广，同时也是最基本的河型。为了满足防洪、发电、引水等多方面的需求，河道上修建了许多拦水堤坝。由于我国大部分中小型堤坝修建时间较长，且受历史条件制约，设计标准偏低；此外超标准洪水、暴雨、地震和滑坡等不可抗力因素的影响，有可能发生溃坝的危险。溃坝波的运动速度以及破坏力远远大于一般的洪水，因此，溃坝一旦发生，将会对下游的人民财产安全、农业、工业等带来巨大损失。2008年9月8日，山西襄汾尾矿库溃坝事件^[1],事故造成下游500米左右的矿区办公楼、集贸市场和部分民宅损毁垮塌，近300人遇难。2010年9月21日，受台风“凡亚比”影响^[2]，广东省信宜市钱排镇石花地水电站大坝溃坝，造成22人死亡以及大量财产损失。2018年7月，老挝南部Xe-PianXe-Namnoy水电站^[3]大坝发生坍塌事故造成35人死亡，99人失踪。

综上所述，堤坝一旦发生溃决将会给下游造成巨大的人员伤亡和经济损失。因此研究溃坝波的传播运动特性，对水库及堤防的失事影响做出有效预估，对溃坝防洪减灾、地区避险决策及措施实施具有重要的理论意义和工程应用价值。

由于水流运动的复杂性，现在并没用一种通用的计算方法可以对溃坝运动进行精确计算，数值模拟研究、物理模型实验是目前国内外研究溃坝波运动的主要手段。

严培、王鑫等^[4]运用数值模拟的方法，研究在不同弯道曲率与直线段的组合下的水流流态，寻求减少弯顶冲刷的规律。王嘉松、何友声、倪汉根^[5]利用YVD格式的有限差分算法思想，通过建立守恒型浅水方程有限体积的高分变率计算模型，预报了溃坝波的演进过程。李婷^[6]针对石泉大坝溃坝运用溃坝洪水分析和洪水演进数值模拟技术，分析不同设计水平年下，溃坝洪水水位、淹没范围等结果。徐娜娜^[7]利用FLUENT软件，建立二维数值模型，分析不同溃决模式下的溃坝波以及不同河道工况下的溃坝波，为估算唐山堰塞坝溃决可能导致的洪水影响范围提供了参考价值。白玉川、许栋^[8]从二维的角度建立溃坝水流运动的数学模型，符传君、练继建^[9]以及曾丹、刘成林、陈宇豪^[10]则从三维的角度建立数学模型，为溃坝水流的计算提供了便利。于洋、艾丛芳、金生^[11]对同一曲率半径、水深、渠宽、边界条件下，不同弯曲度的明渠弯道进行三维数值模拟。史常乐、牛兰花、杜林霞^[12]利用MIKE11模型对某山区河流的综合治理中的溢流堰进行溃坝模拟，分析其发生溃决后的水动力过程，为以后的工程建设提供了科学依据。陈淑婧等^[13]利用BREACH模型、DB模型和IWHR模型，以唐家山堰塞坝1/3溃坝为工程背景进行模拟分析，为溃坝计算中参数的选取提供了参考依据。Shaolin Yang、Wanli Yang、Shunquan Qin、Bing Yang^[14]系统地比较研究了下游水深对溃坝波的影响。Liu WJ、Wang B、Chen YL、Wu C、Liu X^[15]通过溃坝实验验证了一维重力波模型的有效性。刘慧^[16]通过物理模型实验研究溃坝波的水动力特性，将实验结果与理论结果对比，归纳分析了理论解的适用性。

一些学者也从其他方面研究溃坝波的运动规律。Z.H.Gu、H.L.Wen等^[17]通过建立三维接口保持水平集方法来模拟大坝决堤问题。将预测结果和实验结果进行比较，成功地模拟了坝体断裂流。José S、Antunes do Carmo等^[18]建立了考虑高色散效果的溃坝波模型，对近岸的溃坝波进行了预报，并通过与实验数据的比较，证明了该模型的有效性。Luca Cozzolino等人^[19]提出了一种新的有限体积方案，进行了多孔浅层水方程中溃坝问题的求解，与精确的溃坝结果进行了比较，证明了其优点。Omid Seyedashraf、Mohammad Mehrabi、Ali Akbar Akhtari^[20]提出了一种基于计算智能系统的经典一维溃坝流问题建模方法，并对其进行了测试。提出的一种新的基于最佳拟合模型的单片方程，可作为现有分段解析方程的有效替代方法。

综上所述，在溃坝波的研究中，数值模拟分析方法是一种非常普遍且成果较为突出的一种研究方法。但是由于问题的复杂性，完全解决溃坝波的精确预报尚有一定的距离。有鉴于此，本文拟基于通用CFD软件FLUENT，进行弯曲河道溃坝波运动数值计算，为进一步预测溃坝灾害、防灾减灾提供参考。

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2. 研究的基本内容与方案

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2.1 基本内容：

基于通用软件Fluent,开展弯曲河道溃坝波的水流数值模拟研究。主要内容如下所示： （1）针对经典的弯曲河道溃坝波实验，进行数值模拟的验证研究，选择出最合适的湍流模型与网格生成方案。