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%。     

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。     

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.     

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。     

透水丁坝收缩断面与冲深计算

透水丁坝是一种新型结构的丁坝，具有结构稳定，运行安全可靠，不用抢险防守等优点，目前在国内外实际工程中均有推广应用。针对透水丁坝设计中的挑角、透水率等主要影响因子进行了动床水槽试验，结果表明：① 透水丁坝坝后会形成流速减小区，对水流的阻碍作用较实体丁坝弱；② 坝后收缩断面至坝头的距离随挑角的增加而增大，随着透水率的增加而减小；③ 采用回归分析法得出了坝头最大冲刷深度的计算公式，具有一定的适用性。     

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。     

透水丁坝壅水高度探讨

在前人研究的基础上,结合室内试验,把桩柱透水丁坝附近水流看作为穿过坝体的水流和从主槽而过水流的汇流情况,将透水丁坝所造成的局部水头损失看作过坝水流类似拦污栅的水头损失和主槽水流断面突然扩大的水头损失的叠加.以此建立能量方程式,得出桩柱透水丁坝壅水高度的计算公式.公式表明:桩柱透水丁坝壅水高度主要与透水丁坝坝长D,下游河道水深H,来流佛汝德数Fr和透水率η有关.经试验资料验证,计算结果十分符合,可以为进一步研究透水丁坝水力特性和工程设计提供参考.     

透水丁坝挑角对河床保护区域影响的试验研究

透水丁坝具有挑流效果明显、造价低廉、维护容易等优点,广泛应用于我国诸多大小河流中.通过动床水槽试验,采用不同挑角的透水丁坝,对其附近的水流结构、形态以及坝后的保护宽度、淤积长度等因素进行了初步的分析和研究.通过试验分析可知:当丁坝透水率一定时,淤积长度和保护宽度均随着挑角的增大而减小,但保护宽度的变化很小.     

梯形透水潜坝附近水面线及透水率

为研究结构物的透水特性和水动力特性,利用PIV流场测量系统专用水槽物理模型试验与Flow3D数值模拟相结合的方法研究均匀开孔的梯形透水潜坝附近水面线及坝体透水率的变化规律。结果表明:潜坝附近壅水及水跌高度随透空率的增大而减小,不同透空率潜坝坝后水面均出现"逆坡现象"。相同断面平均流速条件下,水深越大,相对壅水高度越小;当水深大于2倍坝高时,坝体壅水效果逐渐消失。相同坝前远端水深条件下,随着断面平均流速增大,坝后水跌高度增大。最后利用数模计算结果经回归拟合得到透水率的综合计算公式,经验证该经验公式计算结果和实测值最大偏差不超过5%,具有一定的可靠性。     

透水丁坝关键设计参数的确定及研究动态

对坝头局部冲刷深度、壅水高度、下游回流长度及坝群合理间距等透水丁坝工程设计中需要解决的关键设计参数的确定方法进行了介绍,指出了透水丁坝工程设计中亟待解决的关键问题,建议:①综合考虑透水丁坝不同挑角等相关因素的影响, 给出完整的透水丁坝坝头局部冲刷深度的研究成果;②深入分析透水丁坝局部水头损失产生的原因,从理论上确定透水丁坝局部水头损失的计算公式,进而给出透水丁坝壅水高度计算公式;③应针对不同的透水率进行详细研究.