弯道丁坝防冰结构布置形式试验研究

弯曲河流的凹岸易受到冰排的撞击而发生磨蚀、崩岸,该处的护岸工程也会在冰排撞击作用下发生破坏,丧失防护功能。研究冰排的运动规律,进而保护河岸意义重大。丁坝作为治河建筑物会明显改变水流条件,而冰排随水流而动,丁坝的存在必然会对冰排的运动产生影响。通过室内试验的方法研究了在河流凹岸布置丁坝后冰排的运动特性,比较了5种不同丁坝布置形式对冰排运动的影响。试验研究表明:从防冰效果看,双丁坝的布置方案要优于单丁坝布置方案;单丁坝布置方案中,弯道60°布置位置最佳;弯道首、尾部的双丁坝布置形式中,长丁坝的布置形式较短丁坝布置形式效果更好;在弯道后加置1~2个短丁坝可以使双丁坝布置形式的防护效果达到最佳。     

丁坝型挡板调控农田溪流暂态氮磷滞留能力的模拟研究

选择Na Cl作为保守性示踪剂、NH4Cl和KH2PO4为添加营养盐,在巢湖流域的二十埠河某一农田源头溪流段,采用恒定连续投加示踪剂的方式,开展野外示踪实验。通过对不同情景下暂态存储参数和营养螺旋指标模拟结果的比较,解析丁坝型挡板对于溪流暂态存储和氮磷滞留能力的调控效果。结果表明:丁坝型挡板使溪流交换系数α显著增大,其中间距为2.5 m的α值较无挡板情景高出132.36%,1.5 m和3.0 m间距则分别高出825.37%和641.29%;相对于无挡板情景,设置挡板的溪流交换长度Ls明显下降,水力持留因子Rh、行进时间中值F200med及过水断面面积和暂态存储区断面面积的比值As/A等出现不同程度的增大;设置挡板的氮磷吸收长度Sw较无挡板情景显著下降,吸收速度Vf则有不同程度的提高。丁坝型挡板对于农田溪流暂态存储和氮磷滞留能力具有很好的调控效果。     

基于FLUENT的丁坝回流区数值模拟

利用FLUENT中的k-ε湍流模型和VOF模型,对非淹没的圆头、拐头和梯形丁坝回流区流场进行了数值模拟。首先将文献试验与模型计算进行了对比,结果吻合良好。然后进一步对不同类型丁坝进行了模拟。计算结果表明,不同类型丁坝的坝后回流区范围不同,圆头坝坝后回流区范围最大(涡长和涡宽),拐头坝次之,梯形坝最小。同一丁坝下,随着水深增加,圆头坝和拐头坝坝后回流区范围减小,且越接近水面减小越慢;梯形坝由于有坡度,结果与前两个丁坝结果相反。     

丁坝挑角对弯道防护的影响

本实验以曲线型交汇口弯道防护为出发点,研究挑角不同时丁坝群对曲线型交汇口弯道的影响。以曲线型交汇口弯道中布置丁坝群为研究对象,采用物理模型试验,主要分析非淹没丁坝在相同流量、不同挑角工况下对曲线型交汇口处弯道自由水面形态、纵向流速分布、纵向紊动强度分布的影响。研究表明,在弯道凹岸布置丁坝群后,可以束窄水流,调整、优化流速分布,改变弯道水流的自由水面形态。当丁坝挑角改变时,对弯道防护也在改变,探究出在丁坝挑角约为45°时对弯道的保护达到最优。     

弯曲溢洪道泄槽内不同整流措施对比研究

为了对比研究不同整流措施对弯道流态的改善效果,本文通过数值模拟方法建立了无措施、布置导流墙、丁坝、斜底槛四种模型,通过模拟结果可以发现布置导流墙后,可以减小弯道水流惯性力,流态得到一定改善.布置丁坝后流态较导流墙效果不明显,但主流区被导向凸岸,对凸岸具有一定防冲刷作用.布置斜底槛后,下游的左右岸水力要素分布均匀,而且旋涡较多,具有导流与消能的双重作用.     

L头丁坝绕流水力特性的三维大涡模拟

为了解决实际河道中丁坝附近的冲刷和淤积问题,必须探明其水力特性的分布规律.采用气液两相流混合模型结合大涡模型(Large Eddy Simulation)对不同平行导流墙长度下L头丁坝绕流三维水力特性进行数值模拟研究.采用有限体积法离散计算区域,速度与压力耦合方程组求解时使用半隐式SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)算法,模拟自由水面采用了VOF(Volume of Fluid)法.对不同平行导流墙长度下丁坝附近回流区域和涡量分布"云图"进行分析比较,得出当平行导流墙长度与丁坝坝轴线长度相等时对丁坝后漩涡的限制效果最好;平行导流墙长度对水槽中水流流速的影响很小,可以忽略.在河道中合理布设L头丁坝可以减小漩涡回流区范围,但对主流区流速的影响很小.     

正挑丁坝区鱼类栖息地水力生境指标分布特征数值模拟

丁坝区鱼类栖息地研究对河流生态保护具有重要意义,基于三维水流数学模型,探讨了正挑丁坝区鱼类栖息地水力生境指标的分布特征,结果表明：（1）水流流速随弗劳德数Fr的增大而增大,坝后回流区宽度逐渐减小,主流区沿程从急变流变为渐变流,并逐渐恢复为均匀流;（2）主流区和回流区流速梯度G较小,G>2的区域主要集中在水槽左右两岸和丁坝坝头附近,横断面上G随弗劳德数Fr的增大而减小;（3）丁坝上游至下游剖面动能梯度M的分布特征与G相似,M高值区出现在水槽右岸及坝头附近相对槽宽B⁺=0.25～0.40区段,但水槽左岸的M值较小且沿程变化不大;（4）丁坝上游流速适宜度S_u随Fr的增大而减小,丁坝和丁坝下游断面S_u随Fr的增大而增大;丁坝下游回流区的S_u较小,一般不超过0.3,而主流区的S_u可能超过0.8,表明该区域鱼类产卵栖息条件较好。研究结果可为丁坝区鱼类资源保护和生态航道工程建设提供参考。     

丁坝局部冲刷坑形态演变及冲刷平衡临界条件

丁坝局部冲刷坑垂向冲深、平面宽度及上下游边坡构成了冲刷坑几何形态的三维特征。局部冲刷达到平衡状态时,冲刷坑上下游边坡保持相对稳定的斜率。其与泥沙颗粒水下休止角大小及冲刷平衡临界条件的关系仍不太明确。一系列清水冲刷试验表明,不同来流强度条件下冲深与展宽速率存在非对称特征,坝体上下游边坡斜率随时间演变振荡衰减至相对稳定坡度。坝体上游坡度均较下游陡,比值近似常量为0.5。边坡斜率略小于泥沙颗粒水下休止角,比值下限近似为常量0.7。     

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。     

控导工程日常养护管理的探讨

控导工程作为黄河下游河道治理工作的一部分,为黄河安全度汛提供了保障,而日常养护修缮工作又为控导工程发挥其作用奠定了基础。因此,控导工程通过管理养护,应达到一定的标准,才能增强抗溜能力,有利于安全运用。