用卡車堵決堤,會不會越堵越嚴重?

經過3天搶險,洞庭湖長達220多米的缺口終于被封堵成功。在決堤險情剛發生時,搶險人員采用了卡車填坑的方式。這種救援手段讓不少人震驚,用卡車,似乎有點浪費呀。

用卡車堵決堤,會不會越堵越嚴重?的圖1

還有小伙伴做了更深一步的思考,說用卡車堵住一部分,是否會因缺口處面積減小而造成水的流速增大,反而加劇兩側泥土流失,讓壩的缺口變大的更快呢?水災高發期,咱們就聊聊潰壩的問題。

當堤壩承受不住水的壓力坍塌之后,壩內的水就會在重力作用下噴涌而出。湍急的水流對尚未坍塌的堤壩產生沖刷,造成缺口逐漸擴大。

用卡車堵決堤,會不會越堵越嚴重?的圖2

用卡車堵決堤,會不會越堵越嚴重?的圖3

所以在潰壩初期,保護缺口不擴大是重中之重。這在水利行業有個專業名稱,叫“裹頭”,也就是對缺口兩側尚未坍塌的部位采取防沖保護措施。可用的材料從就地取材的稻草樹枝,到運來的碎石防水布,再到事先準備好的石籠,也就是裝填了石塊的鋼絲繩籠子。

用卡車堵決堤,會不會越堵越嚴重?的圖4

但若事發突然,以上材料沒有,或不夠用,也會用其它大型設備,比如裝了沙子和石塊的船或者卡車。

像1998年的九江大堤決口,就鑿沉了8艘駁船進行封堵。這次的洞庭湖決堤,以及2021年的鄭州洪水,也投了好幾輛卡車。在官方媒體的報道中,稱之為“沉車裹頭”。

用卡車堵決堤,會不會越堵越嚴重?的圖5

回到網友的問題,沉車后缺口處面積減小是否會造成水的流速增大,反而加劇沖刷堤壩兩側,讓壩的缺口變大得更快呢?這個問題提煉一下就是水流出的速度是否和缺口寬度有關。帶著這個疑問,我查閱資料后欣喜地發現,1892年,就已經有人給出了理論解。

用卡車堵決堤,會不會越堵越嚴重?的圖6

對于矩形缺口,堤壩兩側水的高度差為H,缺口寬度是B,那么缺口的水流量計算公式為,除以缺口面積,就得出缺口的平均流速。你看,公式顯示,缺口處水流速度居然只和壩兩側水的高度差有關,跟缺口寬度沒有關系。

用卡車堵決堤,會不會越堵越嚴重?的圖7

那么在此基礎上再稍加推算,一個池子開口放水,流出相同體積的水所需的時間和缺口寬度成反比。也就是寬度變為2倍,時間就縮短一半。

用卡車堵決堤,會不會越堵越嚴重?的圖8

我用流體軟件AICFD仿真驗證了一下。立方體箱子中裝滿水,模擬湖,在其中一個面開口,模擬水壩缺口。缺口寬度分別為10mm和20mm時,水流失的時間果然也是2倍關系。

用卡車堵決堤,會不會越堵越嚴重?的圖9

用卡車堵決堤,會不會越堵越嚴重?的圖10

用卡車堵決堤,會不會越堵越嚴重?的圖11

有了理論和仿真,再做個實驗看看。這是兩個一模一樣的蓄水池,一個做成3mm的缺口,另一個做成6mm的缺口,再用膠布貼好,蓄滿水,開閘放水。

用卡車堵決堤,會不會越堵越嚴重?的圖12

用卡車堵決堤,會不會越堵越嚴重?的圖13

統計水面降至1/3高度所需的時間,2種缺口各做了3次實驗取平均值。缺口6mm時,時間分別是5.06s,5.14s,5.07s,平均值5.09s,缺口3mm時,時間分別是9.24s,10.03s,10.05s,平均值9.77s。缺口寬度增加一倍,相同量的水流出時間就縮短為一半,再次說明了它們的流速是相等的。

用卡車堵決堤,會不會越堵越嚴重?的圖14

經過以上研究,用卡車臨時封堵缺口到底有用嗎?首先可以肯定,不會造成洪水流速變大,不會加速壩體泥土流失,不會越堵越嚴重。但從洞庭湖剛開始的10米寬缺口,以及最終220米寬的缺口來看,此次沉車裹頭臨時封堵并沒有起到決定性作用,更多地是起到了在決堤初期減小洪水溢出流量,為緊急撤離、財物保護和正式的救援爭取了一些時間。愿水神溫柔,保大家康泰平安,本期就到這了,下期見!

登錄后免費查看全文
立即登錄
App下載
技術鄰APP
工程師必備
  • 項目客服
  • 培訓客服
  • 平臺客服

TOP