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冲刷灾害在忠武管道全线普遍出现，特别是山区河沟谷地段，由于地质环境特殊，山洪灾害频发，对管道的安全运营构成严重威胁。冲刷轻则造成管道保护设施损毁，管道上覆土体减薄，管道埋深变浅，重则造成管道外露，甚至发生破坏，经济及社会影响较大。因此，对管道冲刷灾害的发生机理进行研究，进而对水工保护工程进行优化，有其较为重要的现实意义。
目前，我国对于管道的水工保护多存在对冲刷破坏机理认识不清、盲目依赖以往经验进行设计，容易陷入年年修、年年坏的恶性循环，造成不必要的重复性投资。为改变这种状况，本文选取了忠武管道线上冲刷灾害较为严重的榔坪河谷段进行研究，在充分调查的基础上展开相关问题的探讨，取得了一定的认识。
本文的主要内容包括:
1)对榔坪河冲刷灾害形成的地质背景进行总结，包括河道形态特征、河床物质组成、河流径流特征及人类工程活动等;
2)详细调查了榔坪河冲刷现状及管道水工保护的损毁情况，统计成图表，对冲刷特征从各个角度进行了总结归纳;
3)利用搜集的气象资料，采用瞬时单位线法及推理公式法对榔坪河洪水进行了计算，获得了洪峰流量、流速、水深等计算参数;
4)利用现有公式对榔坪河一般冲刷及局部冲刷进行了计算，并对各公式的适用性进行了探讨，并计算了考虑洪水过程的冲刷深度;
5)利用FLUENT数值模拟软件对拦砂坝护坦部位水流结构进行了简单模拟分析，进一步揭示了拦砂冲刷破坏的机理;
6)在详细分析现有水工保护工程的破坏原因的基础上，结合对各结构适宜性的分析，对挡墙、拦砂坝、硬覆盖等结构进行了优化设计。
通过分析总结，主要获得以下几点认识:
1)榔坪河流域河谷深切，汇水面积较大，山洪具有季节性、突发性、破坏力大等特点，洪水期冲刷作用强烈，是造成水工保护工程破坏的主要原因。此外，该区人类工程活动频繁，对河道影响较大，加剧了榔坪河冲刷灾害的发生;
2)榔坪河洪水冲刷作用包括侧蚀和下切两种，上游以下切作用为主，下游以侧蚀作用为主，中游属过度段，两种作用均比较强烈。冲刷造成的水毁数量以中游最多，占到了总数的一般以上，其次是上游，下游段水毁数量最少，这主要是由于下游河床面变宽、流速减缓，同时受人类工程活动影响较少等造成的。水毁类型中以护岸挡墙损毁最为严重，主要是由于水流冲击墙面形成的下降水流对基础的局部冲刷作用造成的;
3)现有的冲刷深度计算公式多是求解水流持续冲刷作用下达到稳定状态时的极限冲刷深度，但洪水冲刷是一个随时间变化的过程，本文通过对榔坪河典型断面洪水过程的分析计算，在冲刷计算过程中引入时间因素，分析不同时段洪水的冲刷深度，得出的结果比直接利用最大流量参数计算的结果要小，这从一定程度上可以解释调查结果与计算结果之间存在较大差异的原因。同时，通过对挡墙陡度m和水流冲击角θ的分析结果表明:冲刷深度随m值增大而减小，随θ的增大而增大，且θ对冲刷深度的影响大于m;
4)通过对拦砂坝护坦周围水流结构的二维数值模拟，结果表明，在洪水时水深及流速较大，水流越过坝顶进入护坦时对下部护坦形成较大压力，特别是拦砂坝前缘转角处，由于应力集中，极易发生破坏，这与现场调查情况相符。水流在护坦尾部形成湍流漩涡，流速较低，冲刷作用较小。出护坦后底部流速逐渐增加，在水深1.5m，流速3m/s的入流条件下，出口20m处流速可达入口流速的1.6倍，这势必对拦砂坝下游产生明显的冲刷作用。同时，通过定性分析，在水流流速及水深较小的情况下，拦砂坝与护坦接触部位则变成了冲刷的薄弱点，应进行特别处理;
5)榔坪河现有水工保护措施类型包括挡墙、拦砂坝、硬覆盖、箱涵等，根据调查的情况分析，基本能满足管道保护的要求。存在的问题主要体现为挡墙基础的掏蚀破坏，硬覆盖表面的冲刷破坏，拦砂坝护坦部位破坏等。针对这些问题，提出了在挡墙基础部位增加防冲护坦、将硬覆盖和截水墙结合增加整体强度和抗冲刷能力、加固护坦并设置分流墩、消能墩、尾槛等改变护坦部位水流结构等多项改进措施，达到了优化设计的目的。在此基础上，考虑更一般情况，给出了管道在各种情况下的保护措施及其适用条件，对其他工程有借鉴意义。
本论文的研究意义在于对管道水工保护措施的冲刷特征及形成机理进行了较为详尽的分析总结，从定性及定量角度对局部冲刷深度进行了分析计算，并将洪水过程线引入冲刷计算过程中，得到的结果更为合理，同时，利用数值模拟方法特别针对拦砂坝的冲刷进行了分析，提供了定量分析冲刷作用的一种思路。在综合分析的基础上提出的水工结构优化设计，则可以借鉴到类似工程中去，用以指导管道水工保护工程的设计工作。