涌潮河口桩式丁坝的护滩保塘效果分析

针对以散抛块石为材料的传统堆石丁坝基础较浅，处于低潮位上下时散抛块石在涌潮动力作用下往往出现冲散、滚失、沉落，招致丁坝损毁的情况。本文提出了一种桩式丁坝型式，该桩式丁坝除基础深、整体性好外，水上和水下部分的坝头，做成适合流势接近流线的体型，从而可改善邻近丁坝头的流场，减小滩地与近坝头河床的冲刷。本文通过现场观测，分析了桩式丁坝的护滩保塘效果，探究丁坝护滩保塘的机理。分析表明，桩式丁坝可减轻“兜潮”现象，能直接抵御最大涌潮动力的作用，有效地减弱涌潮对坝基的淘刷，削减坝头及丁坝上游侧的局部冲刷强度，较好地解决了丁坝坝身周围局部冲刷坑的问题，大大增强了坝身结构稳定性。与传统的堆石丁坝比较，桩式丁坝具有设计合理、施工简易、便于维护检修等特点，可在各类河道整治、海塘保护等工程中应用。     

涌潮条件下排桩式低丁坝水力学冲淤试验研究

本文在水槽中用动床模型试验手段研究了涌潮条件下不同透水率的排桩式护塘低丁坝群的水力学冲淤特性，并探讨了低丁坝的护滩保塘机理，结果表明，不透水的排桩式丁坝群，其坝田部位可减冲1-1.6m，与相应方案的堆石坝研究结果相近；随着板桩丁坝透水率的逐渐增大，滩地防冲作用逐渐变小，然而透水率大于60%的丁坝，仍有0.8m以上的减冲能力，低丁坝的保滩护塘机理主要体现在三个方面；即对涌潮潮头的阻挡作用，对涌潮快水的减冲作用和在落潮期回流淤积作用。     

船舶上滩的影响因素及动水特性试验

在急流滩地形概化了的试验水槽中，进行了多种水力条件下的船模上滩试验．试验结果表明，滩段的水面比降、水流速度及船舶水深吃水比是船舶上滩的主要影响因素．     

涌潮条件下排桩式低丁坝水力学冲淤试验研究

本文在水槽中用动床模型试验手段研究了涌潮条件下不同透水率的排桩式低丁坝群的水力学冲淤特性，并探讨了低丁坝的护滩保塘机理。结果表明，低丁坝的保滩护塘机理主要体现在三个方面；对涌潮潮头的阻挡作用，对涌潮快水的减冲作用和在落潮期回流淤积作用。本文除对护塘丁坝的设计提供基本数据外，还对新颖丁坝型式和结构的探讨有借鉴意义。     

涌潮水流CFD数值模拟

涌潮是一种对涉水建筑物冲击巨大的非线性强间断流,实现涌潮的小尺度精细模拟是分析涉水建筑物在涌潮作用下结构稳定性的前提。采用大涡模拟(LES)技术求解N-S方程,利用流体体积法(VOF)实现对自由水面的追踪,边界上给定基于涌潮理论公式推导出的涨潮流速与水深条件,进行了涌潮的小尺度精细模拟。结果表明,数值模拟得到的涌潮传播速度与理论值比较接近,Fr < 1.3时为波状涌潮,Fr>1.5时为旋滚涌潮,涌潮形态分区与前人的试验成果吻合。在涌潮传播过程中,潮头处流速最大,且表层流速波动幅度始终大于中低层流速波动幅度,旋滚涌潮潮头水体紊动比波状涌潮强烈。模拟结果同时表明涌潮潮前水深与涌潮高度是影响潮头流速波动和形态的主要因素。上述涌潮模拟方法可为涌潮河段涉水建筑物的结构设计及安全评估提供参考。     

涌潮测控系统在涌潮水槽试验中的应用

从Bore 2010涌潮测控系统的基本原理出发,介绍了该测控系统在涌潮水槽试验中的应用。在涌潮水槽试验中,Bore 2010涌潮测控系统通过调节上下游变频器运行频率来控制涌潮潮前水深的稳定,使水体具有一定大小的潮前落潮流速。在这种工况条件下,增加下游变频器不同的运行频率产生了波状涌潮或漩滚涌潮,符合涌潮实际情况。通过各种潮前水深、潮前落潮流速和涌潮高度多方案试验研究,表明Bore 2010涌潮测控系统能很好地应用于涌潮水槽试验。     

钱塘江河口斜坡式土堤水下防护面板稳定性试验

通过潮浪水槽中的斜坡式土堤模型试验，分析了涌潮作用下混凝土护面板的稳定性。试验表明，涌潮动力条件决定着护面板的底端高程，即面板的总宽度，面板的厚度与涌潮强弱的关系不大。     

长江寸滩站卵石推移质输沙规律

寸滩站是长江干流主要水文测站之一，经分析实测资料，建立了流量与流速、水深、水面宽、卵石推移质输沙率、推移质最大粒径的相关，分别写成指数议程，通过实测资料检验，现有的均匀沙起动流速公式不能反映雨滩推移质起动规律，引进床沙隐暴系数，建立了不均匀库沙级配的起动流速公式，根据流计平均和多元回归分析，建立了雨滩卵石多质分组输沙率的计算公式。按公式计算的卵石推移质输沙率和实测值比较，获得满意结果；根据分组输沙率公式算出的卵石推移质级配线与实测的比较，也得到满意结果。     

宽窄复式河道水流运动特性的试验研究

在分析水槽试验资料的基础上，首次对宽窄复式河道的滩槽过流能力、断面平均流速、垂线流速及横向分布等水流运动特性进行了研究．研究结果表明，宽窄复式河道的主槽流量随着滩槽宽度比的增大而减小，滩地流量随着滩槽宽度比的增大而增大；水流发生漫滩之后，随着水深的增加，主槽流速先减小后增加，滩地流速不断增加，二者的变化幅度与滩槽宽度比有关；在大部分区域内垂线流速偏离对数分布，主槽一般偏小，滩地偏大；垂线平均流速沿横向分布与一般复式河道相似，但滩槽流速差别减小．     

斜坡上块石的起动流速与抛石体的稳定坡度

对松散结构河床中块石的稳定性进行三维分析。考虑了斜坡上的块石受与河床平行的重力分量影响．以及水动力与重力不共线两十特点．给出适应各种方向的起动流速普遍关系式。分析表明，起动流速以及斜坡稳定坡度决定于泥沙、床面性质和水流条件。流速方向不同．块石受力状况差别很大，这是斜坡和平底床面的主要差别。与试验数据对比说明，本文公式有相当的适应性。     

钱塘江河口异型块体抗冲稳定特性试验研究

利用涌潮水槽模拟研究钱塘江河口海塘护脚异型块体在涌潮作用下的稳定特性 ,结合现场调查分析 ,认为单纯增加异型块体重量来提高块体的抗冲稳定性 ,效果不明显。有的异型块体尺寸、重量增加后 ,其稳定性反而降低。研究认为 ,对于涌潮作用的护脚异型块体 ,可通过在异型块体内嵌固块石混合料 (以减小异型块体群体孔隙率 )来提高其整体稳定性     

钱塘江河口异型块体抗冲稳定特性试验研究

利用涌潮水槽模拟研究钱塘江河口海塘护脚异型块体在涌潮作用下的稳定特性,结合现场调 查分析,认为单纯增加异型块体重量来提高块体的抗冲稳定性,效果不明显。有的异型块体 尺寸、重量增加后,其稳定性反而降低。研究认为,对于涌潮作用的护脚异型块体,可通过在异型块体内嵌固块石混合料(以减小异型块体群体孔隙率)来提高其整体稳定性。     

钱塘江鱼鳞石塘涌潮作用力动态测试与分析

动态测试了钱塘江北岸海宁段鱼鳞石塘在涌潮作用过程中受到的作用力,初步探索了涌潮与鱼鳞石塘相互作用的特性,得到了鱼鳞石塘迎潮面条石所受作用力随时间和空间的分布特征.在分析涌潮入射方向和潮头高度影响涌潮压力的同时,还观测并初步分析了台风与大潮共同作用时的涌潮压力.分析表明,涌潮冲击对鱼鳞石塘迎潮面结构物具有一定破坏作用.此次分析研究结果可为保护设计钱塘江临江一线古海塘提供可靠的参考依据.     

钱塘江涌潮对风场响应的三维数值研究

台风作用下钱塘江涌潮观赏性强,破坏力大。结合台风期实测潮汐资料分析,基于三维数学模型研究了顺风和逆风条件下恒定风况对钱塘江涌潮水流的影响,得到了不同风况对涌潮高度、流速、传播速度和涌潮潮景的影响程度。顺风作用导致涌潮高度、流速和传播速度均增大,风速愈大,增加幅度愈大,涌潮流速沿水深分布愈不均匀。在顺风30 m/s风况下,盐官涌潮高度增加5%,涌潮流速增大33%,涌潮传播速度加快37%;顺风作用下,老盐仓回头潮更强,回头潮水位更高,反映了台风期间老盐仓经常出现回头潮翻越海堤堤顶的情况。逆风作用与顺风作用相反。计算结果与实际情况在定性上一致。     

强涌潮河口河相关系及其验证

分析并提出了有涌潮的强潮河口的河相关系式,其平均水位下的断面面积可用落潮时的流量(含径流量)和含沙量计算,结果较符合实际情况,但强涌潮河口河宽大、水深浅,仅采用涌潮系数仍有一定的误差,如改用涨潮流量和含沙量,则可大幅减小计算误差.本文还给出了潮汐河口纵向河宽放宽率和面积放大率的定义和计算公式.利用钱塘江河口治理前后50年的实测资料,对130 km长河段的相应断面特征、河宽放宽率、面积放大率以及弯道特征计算式进行了验证,取得了满意的验证结果.     

考虑涌潮作用的钱塘江二维泥沙输移数值模拟

钱塘江涌潮前后水位、流速和含沙量等物理量存在突变,给数值模拟带来了很大的困难,常规的数值模型往往不能准确模拟涌潮作用下的泥沙输移。在已建立的二维涌潮数值模型的基础上,应用基于准确Riemann解的Godunov格式建立了二维泥沙数值模型,模型首先检验了纯对流问题,然后模拟了钱塘江涌潮作用下的泥沙输移,计算结果反映了涌潮到达时刻含沙量的突变过程以及涌潮对泥沙输移的影响,揭示了钱塘江河口高含沙区的成因,以及涌潮是钱塘江河口大冲大淤的机理之一。     

涌潮水槽全自动化测控系统开发及应用

由于传统涌潮水槽测控系统涉及仪器多、采样频率高、数据量大、涌潮控制与数据测量分离,需要采用多台计算机工作,影响到了数据测控的同步性。基于一体化测控思想,将涌潮水系统涉及的通讯接口全部换为RS485,建立统一规范的通讯网络。开发了涌潮水槽全自动一体化测控系统,实现了涌潮实验与数据测控的同步,解决了涌潮流速、水位快速变化过程中数据同步采集与坐标定位等问题。实例应用表明,新开发的系统测试结果与实际情况相符,并可推广至水流、泥沙及波浪等其它水槽实验中。     

堤坝护面开孔砌块抗浪稳定性试验研究

护面砌块作为堤坝结构的组成部分,其抗浪能力对堤坝的整体稳定起着重要作用。通过较大比尺物理模型,针对我国堤坝设计的具体情况,对一种新型开孔勾连块体的抗浪稳定性进行试验研究,分析砌块厚度、戗台、波浪周期等因素的影响,得到砌块抗风浪稳定厚度计算式。建议护岸设计中应采用均衡设计的理念,综合考虑波浪荷载,将其平衡分配给护面、垫层和基土,对海岸、河流、大型湖泊和水库等水利工程的护岸和堤坝抗浪稳定设计具有指导意义。     

钱塘江二维涌潮数值模拟及其应用

分析了涌潮数值模拟的困难,综述了钱塘江涌潮数值模拟的进展,应用有限体积-KFVS格式建立了钱塘江二维涌潮数值模型.模型在验证计算的基础上,预测了杭州湾规划设想方案、治江围涂工程和桥梁工程等对涌潮的影响,并已推广到溃坝波和海啸传播过程的数值模拟.结果表明,涌潮数值模型分辨率高,计算稳定,守恒性好.该模型不但适用于无涌潮水域的模拟,也适用于传统数值模型不能模拟的涌潮等间断流的模拟.