高壩泄洪誘發低頻聲波的機理及環境危害評估方法研究

《高壩泄洪誘發低頻聲波的機理及環境危害評估方法研究》是依託天津大學，由練繼建擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高壩泄洪誘發低頻聲波的機理及環境危害評估方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：練繼建
• 依託單位：天津大學

項目摘要

高壩泄洪誘髮結構振動、空蝕破壞、下游沖刷和霧化等工程災害已被人們熟知和廣泛研究，而高壩泄洪誘發的低頻聲波（10Hz以下氣壓脈動）及其對環境的危害在國內基本沒人研究。鑒於向家壩、錦屏等工程原型和模型泄洪時都實測到低頻聲波，實際工程中會在一定範圍記憶體在誘發房屋門窗振動、造成人體不適等環境危害，本項目擬通過原型觀測、系列物理模型實驗和理論分析，深入研究高壩泄洪誘發低頻聲波的機理、影響低頻聲波的關鍵因素，建立泄洪誘發低頻聲波強度的定量預測方法，研究泄洪誘發低頻聲波傳播規律及環境危害影響範圍、泄洪誘發低頻聲波振動的控制技術、系列比尺物理模型模擬泄洪誘發低頻聲波的變態相似性等，為高壩泄洪工程的設計和運行中避免低頻聲波危害提供理論依據，以填補我國在該領域研究的空白。

結題摘要

高壩泄洪誘發低頻聲波是近年來高壩泄洪工程中發現的新問題，低頻聲波會引起結構物振動，同時也會影響周邊人員的健康；此外，低頻聲波傳播速度快，大氣對低頻聲波能量吸收難，低頻聲波衰減慢，因此其環境影響範圍廣。本項目通過原型觀測分析了泄洪誘發的低頻聲波的空間分布、時域和頻域特性，採用考慮了泄洪霧化影響的大氣聲吸收理論計算低頻聲波傳播和衰減規律，計算得出霧化區的聲衰減係數約為0.0327dB/m，非霧化影響區的聲衰減係數約為0.000349dB/m，計算結果與實測結果相符；基於原型觀測結果，對比底流消能與挑流消能兩種泄洪消能型式誘發低頻聲波的不同，提出了挑跌流泄洪消能誘發低頻聲波的多振源發聲機制；採用單通道盲源分離算法與聲源識別與定位技術，驗證了金安橋電站泄洪誘發的低頻聲波聲源位於消力池消能區，為後續研究提供技術支持；結合紊流數值模擬和渦聲理論，提出了高壩泄洪底流消能誘發低頻聲波強度定量預測數學模型，預測聲壓與實測聲壓的譜相關係數分布在0.645~0.717之間，數學預測結果與原觀低頻聲波在能量譜的不確定性和複雜度上十分接近，數學預測模型預測效果較好；結合低頻聲波原型觀測分析、氣-液紊流模型、渦聲理論模型、聲學數值模型，首次提出從水墊塘淹沒射流和挑流水舌空腔耦合振動兩個角度出發研究高壩挑跌流泄洪消能誘發低頻聲波的多振源發聲機理；同時開展了高壩挑跌流泄洪消能誘發低頻聲波的多振源影響分析，結果表明水墊塘淹沒射流和挑流水舌空腔耦合振動均對現場低頻聲波能量有貢獻。其中，水墊塘淹沒射流誘發低頻聲波貢獻比平均為0.619，挑流水舌空腔耦合振動誘發低頻聲波貢獻比平均為0.785；採用有限元模態分析和瞬態動力學回響分析，證明了泄洪現場捲簾門的振動主要與低頻聲波有關，同時提出了相應的振動控制措施，為泄洪誘發低頻聲波環境危害控制提供了技術支持。