涌波
涌波
涌波:是明槽急變非定常流中產生的一種水流波動。它是重力波的一種,主要是由慣性力和重力造成的。
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明槽急變非定常流中產生的一種水流波動。它是重力波的一種,主要是由慣性力和重力造成的。涌波所到之處會使斷面的流量和水位(或水深)發生急劇變化。涌波面高出或低於原水面的空間稱為波體,波體的前鋒稱為波額。這種非定常流的突變特性,使水力要素不再是距離和時間的連續函數,故水力學上又稱為不連續波。
涌波按它傳到之處的水面漲落情況,可分為漲水涌波(或正涌波)和落水涌波(或負涌波);按傳播方向和水流方向的關係可分為順水涌波和逆水涌波。渠道閘門迅速開啟時,閘的下游流量驟然增加,水位迅速上漲形成漲水涌波和順水涌波,合稱順漲涌波,同時在閘的上游出現落水涌波和逆水涌波,合稱逆落涌波。閘門迅速關閉時,下游出現順落涌波,上游出現逆漲涌波。
涌波在靜水中的傳播速度,可以下式表示:
式中z為原水深;h為波高;g為重力加速度(見圖)。若把涌波看作是若干小波的疊加,則流量每增加ΔQ,即有一波高為Δh的小涌波出現。在漲水涌波情況下,波高h是若干小波之和,任一小波的累積波高都比前面的大Δh,波速也比前面的大Δc。於是,後面水深大於前面水深;後面波速大於前面波速,從而形成陡峭的波額,甚至出現翻滾前進的活動水躍。聞名於世的錢塘江涌潮就是這樣形成的,只是因為它是漲潮中出現的涌波,所以叫作涌潮。相反,在落水涌波出現時,水深變淺,後面的小波波速小於前面的,因此波額拉長,波峰不明顯。
小型涌波經常出現在水電站下游或感潮河段,往往不被人注意;只有那些災難性的大型涌波,才會引人注目。海底火山爆發、地震、海岸山崩以及炸彈在水下爆炸等,都會在海洋中激起在水面上行進的巨大波浪。初激的波形可能很不規則,但傳播一定距離后,波形變得圓滑,稱為孤波(見液體自由表面波)。孤波行進到岸邊時,深度變淺,速度變慢,波高增加,形成波額不連續的涌波。巨大的涌波會形成海嘯,湧上海岸,侵入陸地,給沿海居民的生命財產造成巨大危害。在水庫中出現類似海嘯性的涌波,也有極大的危害性。造成水庫涌波的主要原因是庫岸出現坍塌或滑坡。庫岸的小型坍塌是時常發生的,危害性不大;如果出現大型滑坡,上萬方至上億方的滑體以每秒幾十米的滑速沖入水庫,水體就會被激起巨大的涌波,朝滑體運動方向以排山倒海之勢沖向對岸,波高可達數十米乃至上百米。兩側水體也被帶動產生次生波。由於庫區的形狀和水深變化極為複雜,涌波到達岸邊的時間也非同時,涌波會爬坡而上,還會發生反射和折射,使整個庫區水面出現極為複雜的波動現象。波額到達壩址,可能會翻越壩體,危害壩體和下游。因此,在興建水庫前,對庫區可能激起的涌波的因素必須制定防範措施。