水力插板透水丁坝缓流促淤效果试验研究

针对新疆粉细沙河床上堤坝工程防洪效果不佳的问题,通过在室内开展河工动床模型试验,并结合理论分析的方法对水力插板透水丁坝、水力插板实体丁坝、井柱桩透水丁坝的缓流促淤效果进行对比试验研究。结果表明:三种型式丁坝的坝后流速均出现了不同程度的降低,其中水力插板透水丁坝坝后流速降低了约46%,水力插板实体丁坝及井柱桩透水丁坝坝后流速分别降低了约16%和30%;水力插板透水丁坝坝后未出现明显的回流区,使其坝后淤积高度大于另外两种型式丁坝;水力插板透水丁坝比水力插板实体丁坝与井柱桩透水丁坝在维持自身稳定性上的效果更好。     

不同透水率对水力插板透水丁坝防冲促淤效果的试验研究

水力插板透水丁坝新型护岸结构的提出提高了新疆粉细沙河床上治河工程的防洪护岸效益。本文为了探讨透水率对水力插板透水丁坝防冲促淤效果的影响,利用动床模型水槽试验研究了水力插板透水丁坝缓流效果、局部冲刷及坝后最大淤积高度随透水率的变化规律,为透水率这个重要工程设计参数的合理选取提供理论依据。试验结果表明:水力插板透水丁坝坝后流速的减缓效果明显,且透水率对坝后流速的影响较小;坝头最大冲刷深度随着透水率的增大而变小;坝后最大淤积高度随透水率的增加先增加后减小;当透水率为30%左右时,水力插板透水丁坝的防冲促淤效果达到最佳。     

水力插板透水丁坝在新疆多沙河流上优越性的初步研究

在前人对透水丁坝和水力插板研究的基础上,首次提出将透水丁坝与水力插板技术相结合,形成水力插板透水丁坝新型护岸结构。通过运用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件对水力插板透水丁坝与水力插板实体丁坝、井柱桩透水丁坝的水力特性进行数值模拟比较分析。结果表明:水力插板透水丁坝通过调水调沙的作用在自身防护和保护堤岸两方面均优于水力插板实体丁坝;水力插板透水丁坝比井柱状透水丁坝在缓流促淤、保岸护堤方面效果更好。     

透水丁坝局部冲淤规律试验研究

试验研究了透水丁坝附近河床的冲淤特性,绘制了这一区域的等高线图,分别对不同透水率的透水丁坝附近河床冲淤后的纵向断面、横向断面以及坝轴断面各点高程变化进行了比较.结果表明,透水丁坝的最大冲刷深度小于不透水丁坝,但其下游侧有冲刷槽,其深度从坝根到坝头差距不大,且该冲槽宽度随透水率的增大而增大;透水丁坝对河床的有效影响长度比同样坝长的不透水丁坝略长,最大淤积高程则更高,透水率为30%时的影响长度最大.说明透水丁坝在自身防护和保护范围两方面均优于不透水丁坝.     

黄河下游透水丁坝瞬溃后水力及冲淤特性研究

溃坝是一种瞬时带有巨大破坏作用的灾害性过程,可引起河床的骤冲、骤淤以及下游岸滩失稳坍塌。基于MIKE21 FM软件构建二维水动力数值模型,模拟了黄河下游老君堂河段拟建透水丁坝群中首排丁坝瞬时全溃后所诱发的水流泥沙运动过程,分析了溃坝后床面剪切力的分布变化,阐明了坝群附近河床的冲淤特点。研究表明：首排坝瞬溃后,溃坝波受下游丁坝群的影响而改变了其传播演进过程线;溃坝对主槽的输沙能力影响较弱,但却显著地影响了坝区泥沙的起动和沉降;首排坝的坝体和次排坝的坝头是受损最严重的区域,因此建议采用实体丁坝与透水丁坝相结合的复合式配置方式,即首排坝和次排坝采用实体丁坝、其余位置采用透水丁坝,以加强各工况丁坝群运行的稳定性。     

水力插板透水式丁坝群减缓流速效果试验研究

水力插板透水丁坝是一种新型丁坝。以水力插板透水丁坝群、井柱桩透水丁坝群和实体丁坝群为研究对象进行动床模型试验。先测定各丁坝坝前和坝后各5 cm横断面上测点的流速,再用每个测点的流速算出平均流速,通过对比横断面的平均流速来判断各丁坝群减缓流速的差异性,并详细分析和解释其减缓流速差异性产生的机理。研究发现：水力插板透水丁坝群和井柱桩透水丁坝群流速的减少率和减少量同实体丁坝群相比,分别提高了34%,23%和107%,84%。流速减缓会影响丁坝的局部冲刷和坝后淤积,再对各丁坝群附近的地形进行测量,并用surfer8.0绘制了各丁坝群附近的地形图。结果发现：实体丁坝群的局部冲刷情况最为严重,坝后淤积范围最小;水力插板透水丁坝群的局部冲刷情况最不严重,坝后淤积范围最大;井柱桩透水丁坝群的局部冲刷情况和坝后淤积范围介于两者之间。     

长江上游透水丁坝水面线分布试验研究

丁坝是长江上游航道整治中最常用的整治建筑物,工程实践中多采用抛石透水丁坝,此类丁坝具有一定透水性, 在现有丁坝水沙特性研究中极少考虑透水性对此类丁坝的影响。不同的空隙率和空隙尺寸对改善透水丁坝附近水位场及流速场具有不同效果。通过水槽概化模型试验,研究了3种空隙尺寸和5种空隙率工况下透水丁坝周围水面线分布情况,对比分析了不同空隙率和不同空隙尺寸等因素对透水丁坝周围水面线的影响规律。结果表明:相比实体丁坝,在一定的空隙率和空隙尺寸条件下,透水丁坝对其上游的壅水效果更佳,同时还可增加其下游水深,降低纵横向水面比降,对改善丁坝右侧束窄段水流形态、减轻丁坝水毁、延长其使用年限以及改善生态环境等方面也具有更积极的作用。     

水力插板透水丁坝水流结构随透水率的变化规律研究

为了研究水力插板透水丁坝水流结构随透水率变化的规律,采用ANSYS FLUENT 15. 0,基于RNG k-ε湍流模型,对不同透水率下透水丁坝周围的流场进行三维数值模拟。结果表明,透水丁坝坝体前后压差随透水率的增大逐渐减小,上游坝根处压强最大,坝头下游侧附近压强最小,坝根和坝头部位易发生水毁。回流强度随着透水率的增大逐渐减弱。当透水率达到40%时,回流基本消失,坝后为一个缓流区。不同透水率下水槽同一横断面处流速分布规律相似。随着离丁坝侧河岸距离的增加可划分为流速缓慢增大区、流速迅速增大区和流速稳定区。随着透水率的增大,主流区流速逐渐减小,坝后作用区流速逐渐增大。研究成果能够为透水率这一重要工程设计参数的合理选取提供参考,实际应用中推荐透水率为30%。     

水力插板透水丁坝坝头冲刷坑深度模型试验

为探索水力插板透水丁坝减小坝头冲刷坑深度的最佳设计参数和布置方案,通过改变流量、丁坝挑角、丁坝透水率、丁坝长度进行单因素影响试验,得出坝头冲刷坑深度与各单因素的回归方程。从每组单因素试验结果中选择最佳试验水平,利用L9(34)正交试验设计表设计4因素3水平的正交试验。试验结果表明:4个单因素对水力插板透水丁坝坝头冲刷坑深度的影响从大到小依次为:丁坝透水率、流量、丁坝长度、丁坝挑角;在一定流量条件下,水力插板透水丁坝最佳布置方案的设计参数为丁坝透水率30%、丁坝长度30 cm、丁坝挑角60°。     

单排井柱桩透水丁坝的阻水缓流作用分析

井柱桩透水丁坝为挡水和透水建筑物,推求了单排井柱桩透水丁坝上游及下游流速公式,通过计算塔里木河其满水库三号口断面单排井柱桩透水丁坝上、下游平均流速,并进行比较表明,水流通过井柱桩透水丁坝后下游平均流速较上游明显降低,从而证明了井柱桩透水丁坝具有阻水缓流作用,但仍大于不冲流速。     

潮汐双向流条件下丁坝水流特性研究

以长江口南支河段为原型,概化并建立水槽数学模型,研究径潮双向流条件下丁坝附近的水流结构。研究表明:丁坝一侧河岸,丁坝下游潮差远大于上游,在丁坝上游潮差小于对岸侧,下游潮差大于对岸侧;落潮时,丁坝回流区与壅水区长度大于涨潮,转流时刻,丁坝坝头附近流速相对较大;河床底部剪切应力变化在涨落急时刻最大,且落潮大于涨潮,转流时刻坝头及坝身迎水侧剪切应力增加明显。     

丁坝坝头冲淤的三维数值模拟

本文对洪水条件丁坝近体的局部冲淤进行了三维数值模拟。开发了与全三维紊流模型连接计算的泥沙模型。泥沙推移质的计算考虑了床面坡度对推移质输沙率和临界启动剪切力的综合影响。模型经丁坝淹没绕流实验的充分验证。结果详尽讨论了局部冲刷随时间的动态变化过程和动平衡下的河床平面形态特征。     

黄河下游丁坝缩窄河道泥沙冲淤特性试验研究

通过动床模型试验研究了黄河下游裴峪至官庄峪丁坝缩窄河段,在河道不同位置布设丁坝,不同情况下丁坝相对长度(丁坝长度与原河道宽度之比值)对河道泥沙冲淤变化的影响。结果表明：水沙运动要素变化受丁坝布设位置和长度等影响较大,随着丁坝相对长度的增加,汛期主河槽冲刷量和滩地淤积量逐渐增大,主槽范围相应扩大,其高程普遍呈下降趋势,特别是缩窄断面导流堤顶端部位出现明显的局部冲刷坑,束水冲沙、增大输沙能力的效果明显。当丁坝相对长度大于0.50时,主流线偏移、断面流速分布和河床冲淤的变化速率明显增大,不利于河道稳定。     

透水框架在改进丁坝结构型式上的应用

丁坝坝头绕流呈复杂的三维结构,常导致坝头局部冲刷,易诱发丁坝水毁。为改善丁坝坝头的水流条件,利用四面体透水框架对常规丁坝结构型式作了有益改进,即将常规丁坝的实体坝头改成由四面体透水框架铰接而成的透水坝头,并通过水槽试验研究其水动力特性及冲淤特性。研究表明,透水坝头能有效分散坝头集中绕流,减弱坝头脱离涡的形成条件,并阻滞下潜流,相应地,坝头局部冲刷坑深度也得到有效控制。此外,试验还研究了透水坝头透空率以及长度对局部冲刷的影响。研究发现,存在一个最优透空率,使得透水坝头控制坝头局部冲刷的效果最好,透水坝头的透空率过大或过小时,透水坝头对局部冲刷坑深度的控制有限。另外,在坝头绕流的影响范围内,随着透水坝头长度的增加,其减小坝头局部冲刷的效果越好,当透水坝头长度超过这一范围后,透水坝头长度的增加对减小坝头局部冲刷的效果不再明显。