长洲枢纽下游近坝段河道考虑河床粗化的冲刷模拟研究

西江长洲枢纽建成后,由于水库拦截泥沙,将使下游河床发生沿程冲刷,尤其是枯水期水位下降,影响下游通航.预测长洲枢纽建成运行后设计通航流量时坝下水位的下降.在有泥沙下泄的情况下,尝试采用粗化理论来考虑河床组成在冲刷过程中的变化,计算坝下河床在多年冲刷后的水位下降情况,并分析运用粗化方法的合理性.同时与不考虑粗化作用情况下的水位下降值进行了比较,分析在下游河道有基岩出露的情况下河床粗化作用对水位下降的影响,并提出了关于减小坝下水位下降整治措施的新设想.     

长江口航道黏性原状土冲刷特性试验

通过封闭有压矩形管槽的物理模型试验,对长江口航道底质淤泥质粉沙原状土进行冲刷试验,分析原状土的起动和冲刷特性,以及土样深度对土样冲刷效应的影响。结果表明,冲刷前后的泥沙沉积密度相当,冲刷后的土样含沙量较小,沉积密度略小于冲刷前。土样的临界起动切应力随着临界起动流速增大而增大,两者满足指数关系且函数拟合性较好。随着土样深度的增加,土样的冲刷率和冲刷系数均减小,这表明位于长江口航道的底质泥沙随着深度呈现不均匀的分布特征,深度越大的泥沙抗冲刷能力越强,深度越浅的泥沙颗粒组成越不稳定,容易被水流扰动冲刷。     

群坝局部冲深计算试验研究

通过试验研究群坝局部冲刷问题 ,对群坝和单坝的水流现象进行了比较 ,分析了群坝局部冲刷与单坝局部冲刷的区别以及水流、坝距、坝长等因素对群坝各坝坝头局部冲刷深度影响 ,并根据试验资料提出了冲深计算公式。     

桃源枢纽坝下汇流区推移质运动特性试验研究

为分析桃源枢纽坝下汇流区推移质运动特性,采用整体定床物理模型开展了定床水流和定床输沙试验,观测各级流量下水流要素和输沙带分布。对比分析发现,随来流汇流比的不同,汇流区水动力条件复杂多变,但汇流区泥沙淤积体范围总是与主流带分布密切相关。推移质泥沙沿主流带输移,泥沙淤积体多见于输沙带边线处、流线转折较大处以及河床局部背水面下凹处。中枯水期因下泄水流流速较大,且沿程流速迅速降低,坝下推移质泥沙为短距离泥沙输移;洪水期因河段流速整体较大,为长距离泥沙输移。     

深水大流速条件下和畅洲水道潜锁坝损毁特征分析

航道整治工程中常使用潜锁坝来调节汊道分流比，一般由坝体和护底余排两部分组成，由于潜锁坝横跨深水大流速的汊道，对水流的调整作用明显，易引起河床局部剧烈冲刷，河床变化反作用于建筑物结构，导致局部变形甚至损毁。本文选取和畅洲水道左汊的两座潜锁坝为典型案例，采用实测资料结合水流模拟分析的方法，研究了建筑物实施后的效果以及建筑物发生变形的部位和局部损毁情况，探讨局部损毁的特征和原因。结果表明：坝体基本完整，变形主要发生在护底的余排边缘，排体损毁部位与建筑物附近冲刷较为剧烈的位置相对应，损毁原因主要有洪水期河道深槽主流冲刷、坝体变坡区下游水流紊乱淘刷和特殊水文年长时间洪水作用加速排体损毁3个方面。     

某陆域形成工程水动力与泥沙冲淤影响数值分析

利用平面二维浅水潮波运动方程和连续方程,结合潮位站实测资料进行验证,得出较为符合实际的流场,对工程附近区域在工程后的水动力和泥沙冲淤影响进行分析。结果表明,工程完成后,对附近海域流场基本没有影响,影响范围仅限于工程周边区域。泥沙冲淤的影响范围为以围填区为中心向北2 km,向西1.2 km,向西南2 km的范围内,最大冲刷0.8 m,最大淤积3 m。     

长洲枢纽下游人工节埂防冲措施研究

针对长洲水利枢纽建成后,下游河床冲刷引起的枯水位下降,可能导致枯水期船闸下闸首门槛水深不足的问题,应用二维悬移质泥沙数学模型对枢纽建成后下游河床的冲刷下切及枯水期水位降落情况进行预测,结合当地的河床形态及地质条件,提出在坝下河道布置一系列的护底工程,形成不连续的人工控制节埂的防冲措施,以达到抑制河床冲刷、抬高近坝段枯水水位的目的。研究表明:通过在长洲枢纽下游河道合理布置人工节埂,可以有效地抑制下游河床冲刷,减小坝下枯水水位的下降值。     

护底余排作用下潜坝下游局部冲刷深度计算研究

潜坝下游冲刷主要由于越堤水流在堤后形成强紊动涡旋水流,并淘刷床面引起。冲刷坑最大深度与坝高、水深以及护底余排宽密切相关。根据水槽试验结果,分析了不同影响因素下潜坝下游的冲刷变化,并提出了考虑护底余排作用下的潜坝坝身下游最大冲刷深度计算式。结合长江下游黑沙洲水道航道整治工程中护底余排作用下潜坝的实际冲刷深度资料,对文章研究中提出的冲刷深度计算式进行了验证。验证结果表明:在考虑余排宽度的条件下,按照该公式计算得到的局部冲刷深度与实测值基本一致。     

三峡泥沙专家组组织开展“三峡水库坝下游河道冲刷及其影响”查勘

<正>2019年4月22～26日,三峡泥沙专家组组织开展了"三峡水库坝下游河道冲刷及其影响"查勘,长江航道局全程给予了配合,做好了组织与协调工作。本次查勘由三峡工程泥沙专家组组长胡春宏院士领衔,泥沙专家组部分专家以及特邀专家参与,水利部三峡工程管理司、长江航务管理局、长江航道局、     

三维有限长圆柱绕流数值模拟

[目的]为探究有限长圆柱绕流的流动机理和特性,[方法]采用大涡模拟(LES)数值模型并结合涡识别方法,对三维有限长圆柱绕流进行数值模拟,并对有限长圆柱绕流进行验证和分析。[结果]模拟结果表明,有限长圆柱回流区相对较短,自由端的下洗作用会扰乱卡门涡街,导致阻力系数损失;相对于固定壁面,自由端面对顺流向速度影响更大;自由端面"蘑菇"涡成对出现,且存在2个流动源点;有限长圆柱流场存在更明显的三维特性,阻力系数更小;圆柱自由端后存在梢涡,圆柱与固定壁面交界处存在"马蹄"涡。[结论]所得结果可对有限长圆柱的流动特性进行相对全面的描述,对于理解和研究有限长圆柱绕流机理具有一定的参考价值。     

丁坝及淹没丁坝冲刷公式研究

针对整治建筑物冲刷问题,依托长江南京以下12.5 m深水航道治理一期工程,研究探讨了普遍冲刷和淹没丁坝冲刷的冲刷规律、主要影响因素、冲刷机理。基于河流动力学基础理论,分别推导了基于起动流速、起动切应力的冲刷深度半经验半理论公式,经非淹没丁坝冲刷实例和淹没丁坝冲刷数模成果验证和率定,效果良好,适用于非淹没丁坝和淹没丁坝冲刷深度计算,从冲刷计算原理看,同样适用于顺坝及护岸冲刷深度计算。对其中有关冲刷深度半经验半理论公式的主要研究成果进行了系统总结。     

淹没阶梯形丁坝水流结构PIV试验研究

阶梯形丁坝在航道整治中应用广泛,但其水流结构研究仍不充分.基于PIV室内水槽试验,探讨阶梯形丁坝区无量纲纵向时均流速u+、紊动强度T+u、雷诺应力R+和紊动能E+的分布规律.结果表明:丁坝水流在纵剖面上可划分为顺流区、回流区和过渡区,丁坝内侧至一级丁坝坝头各剖面u+高速区位于坝顶上部,低速区和回流区位于坝顶下部;丁坝外...     

深水航道整治中新型结构淹没丁坝与水流相互作用

大型混凝土齿形丁坝首次应用于深水航道整治工程中,其与水流相互作用的影响并不清晰。通过理论分析与数值模拟的方法对新型丁坝的壅水特性进行研究,并通过与其它坝型结构对比分析了新型丁坝对过坝水流的影响,进而通过阻挡流量的表征方法对新型丁坝的水流力计算方法进行探讨。研究发现新型丁坝壅水公式能够较为合理地预测其壅水值,且由于基床的存在,新型丁坝对过坝水流的影响较小,同时,通过阻挡流量表征的水流力计算公式形式更为简便。新型丁坝的引入对长江沿岸水沙及生态平衡起到保护作用,其研究成果可为新型丁坝的设计及应用提供科学的理论指导,也对其他新型结构设计具有借鉴价值。     

淹没齿型丁坝阻力与壅水响应关系试验研究

为研究淹没齿型丁坝阻力与其壅水响应关系,利用物理水槽试验与理论分析相结合的方法,建立了淹没齿型丁坝阻力系数计算方法,其阻力系数大小主要与无量纲淹没度与相对坝长相关。进而采用动量守恒的方法构建了阻力系数与壅水效应相关联的淹没齿型丁坝壅水预测模型。通过实测数据对壅水预测模型进行验证,计算结果与水槽试验数据符合良好。研究成果可为其他形式丁坝或相关涉及建筑物阻力与壅水效应研究提供参考与借鉴。     

基于坝头水毁程度判别指标的抛石丁坝水毁研究

抛石丁坝是河道中应用十分广泛的整治建筑物,能够束水攻沙,保护岸滩免受水流冲刷,然而抛石丁坝水毁现象时常发生。针对这一现象,利用动床水槽物理模型试验对平原河流丁坝的水毁破坏进行了研究,分析丁坝水毁破坏的常见形式,认为坝头块石的坍塌流失是影响丁坝整体稳定性的主要因素,即抛石丁坝稳定性可基于坝头水毁来研究。在此基础上,定义了坝头水毁程度判别指标,研究指标的求解方法和坝头水毁程度等级划分方法,得到了坝头不同水毁程度对应的指标值,并对丁坝维护时机的选择加以说明。该方法为抛石丁坝的维护提供了解决思路,有利于抛石丁坝整治效果的持续发挥。     

丁坝周围床面受力的试验研究*

通过水槽试验,结合理论分析,研究丁坝附近的动水总压力和脉动压力的分布情况,绘出总压力和脉动压力的等值线分布图。把丁坝附近区域分成4个测压区进行研究,详细分析了各个测压区的总压力和脉动压力的分布规律。进一步研究坝长、流量及水深对丁坝附近脉动压力分布的影响,并分析其原因。     

丁坝紊动特性试验研究

利用三维超声学多普勒流速仪对丁坝坝头附近水流和回流区水流的紊动特性进行了系统的观测和分析,得到了丁坝坝头和回流区的水流特性及紊动动能的分布规律。     

丁坝坝头在水流冲刷下的有效防护

针对丁坝坝头处冲刷的问题,依托孟加拉国贾木纳河右岸丁坝防护项目,研究探讨了丁坝坝头处的冲刷机理和主要影响因素。基于河流动力学基础理论,提出了丁坝坝头处的防护改进措施。采用原型观测方法,进行坝头处的有效防护研究,提出的方法防护效果良好。     

丁坝受力试验研究

通过水槽模型试验,测得不同工况下丁坝坝体动水压力和脉动压力的分布情况,并绘制出动水压力和脉动压力的分布图,得到不同水深、流量及坝长情况下动水压力和脉动压力的分布规律,并通过理论分析找到其原因。最终得出迎水面动水压力随水深、流量和坝长的增加而增加,脉动压力随着水深增加而减小、随着流量和坝长增加而增加等结论。     

潮汐河口淹没丁坝群坝田淤积特征及成因分析

潮汐河口淹没丁坝群坝田水动力条件复杂多变,坝田复杂的水流结构决定了坝田内的泥沙淤积过程及淤积形态。以长江口北槽丁坝群形成坝田为例,分析坝田形成后淤积形态及淤积速率特征和规律。分析结果表明:随着时间推移,坝田内2 m等深线逐渐向距坝头0. 2倍坝长处靠近,5 m等深线逐渐向坝头处靠近;坝田的初始容积与冲淤平衡时的平衡容积呈对数关系;在丁坝间距为3～4倍坝长时,坝田内淤积分布最为均衡;坝田内淤积速率的拐点均出现在坝田形成后5～6 a。另外,从工程影响淤积丁坝布置参数方面探讨坝田内淤积特征的成因。