汉江皇庄至泽口河段切滩撇弯现象分析

汉江是长江中游最大的一条支流，至１９５８年丹江口建库以来。其下游河道出现了一系列建库前所未有新现象，新问题。本文对全面概述坝下游河道的演变基础上，着重分析了下游皇庄至泽口河段切滩撇弯演变的原因和条件。     

天然河弯水流动力轴线的研究

本文主要内容为: 1、扼要叙述了河湾水流动力轴线的变化,以及根据其主要影响因素通过相关分析,提出的适合于荆江河段的河弯水流动力轴线弯曲半径的表达式 2、为了探索河弯段流速沿河宽变化的表达形式,本文从动量定律出发,建立以极坐标表示的河弯水流运动方程,推导出河弯水流垂线平均流速公式 3、根据水流动力轴线的定义和推导出的平均流速公式,得出河弯水流动力轴线弯曲半径的理论公式 4、根据河弯水流主流顶冲部位附近的水流特性分析,提出了河弯主流顶冲部位的表达式 上述公式均获得与野外河弯水流实测成果基本吻合的计算成果。     

汉江皇庄至泽口河段撇弯切滩演变研究

汉江丹江口水库蓄水运用后，皇庄至泽口河段有11个弯道频繁地撇弯切滩，本文对这一何段撤弯切滩的演变特点和产生原因进行了分析研究，认为，蓄水运用型水库不公会引起下游河道产生垂向冲淤变形，也会产生明显的横向变形，有时会对沿岸地方国计民生产生一些不利影响。     

滩地植被对漫滩水流裁弯影响的实验研究

斜槽裁弯是弯曲河流长期演变过程中的临界地貌过程,其形态动力学过程仍缺少在不同漫滩水流和植被条件下的实验研究。以黄河源区泽曲支流浩斗曲的局部弯曲河段作为原型开展概化动床水槽实验,研究在5种漫滩水流与植被条件下的斜槽裁弯过程,分析连续弯道在裁弯前后的河床冲刷调整和平面形态变化。结果表明,斜槽裁弯由颈口处的串沟过流冲刷形成,其串沟发育位置及过程不同,颈口宽度随时间呈近似线性缩窄变化,由漫滩水流冲刷形成的新河道展宽速率最快达到129 mm/h。各工况条件下河湾内河道中心线的位置均存在不同程度的横向迁移,其速率最快达到144 mm/h。斜槽裁弯发生后,“Ω”型河湾底部的冲刷面积大于河湾顶部位置。     

水流动力轴线摆幅与弯曲河道曲率关系研究

丹江口及三峡水库运用后,坝下游急弯河段普遍出现了不同程度的切滩撇弯现象,以往研究表明弯曲河道的切滩撇弯是由于水流弯曲半径与河道曲率半径的不相适应所致,水流动力轴线摆动是发生切滩撇弯的基本原因之一,水流动力轴线摆动是水流动力因素与边界条件共同作用的结果。以往研究主要集中于水流动力因素变化对水流动力轴线摆动的影响,然而围绕水流动力因素与边界条件共同作用对水流动力轴线摆动幅度的影响研究较少。以三峡水库下游荆江典型弯曲河段调关-莱家铺河段为例,采用二维水流数学模型模拟了不同流量级条件下本河段的流场分布,绘制了6种流量级条件下的水流动力轴线,选取了多个不同曲率的典型断面,对比各个断面在不同流量级下水流动力轴线的摆动幅度,分析了河道曲率变化对水流动力轴线摆动幅度的影响。结果表明:水流条件的改变是导致水流动力轴线摆动的主要因素,随着流量的增大,水流动力轴线的摆幅逐渐增大,顶冲点位置向下移动,河道的曲率大小影响水流动力轴线摆动对流量改变的响应,河段的曲率越大,这种响应越快,向凸岸侧产生的摆动幅度越大。结合数值模拟结果可以看出,在小流量作用下,水流动力轴线与深泓线基本一致,大流量作用下,水流动力轴线在弯曲河段大曲率处靠近凸岸,与实际发生的冲淤情况一致,这会导致弯曲河段大曲率处容易出现撇弯切滩现象。本次研究可为进一步深入研究三峡水库下游弯曲河道的演变规律提供参考。     

长江中游水流动力轴线摆动规律初步研究

水流动力轴线受河段水流条件和河床边界条件的共同作用,是影响河床冲淤变化的主要动力因素。本文在对水流动力轴线影响因素分析的基础上,提出了描述主流摆动的定量指标,对长江中游河段水流动力轴线摆动的特点进行了深入分析,在研究典型河床演变特点的基础上,揭示水流动力轴线摆动规律与河床演变的关联性     

复式断面交汇水流滩槽交界水流特性试验研究

通过在室内自制水槽模型内布置网格,利用先进的声波多普勒流速仪（ADV）测取网格内各点流速。再把各点的流速数据输入软件,通过做切片云图和分析流速数据的方法,研究复式交汇河道滩槽交界水流流态及某一特征断面的剪应力分布。结果表明：滩槽交界附近存在一个流速间断面,在这个区域水流所受阻力较大;复式河道断面的平均流速与剪切应力呈线性关系。     

弯曲河流裁弯过程与机理综述

裁弯是弯曲河流演变过程的一种限制弯道形态继续发展的地貌突变事件,弯道裁弯过程驱动新河道开始新一轮周期性演变。目前对于弯曲河流裁弯的形态动力学过程、发生模式与机理和裁弯后上下游河道的响应仍需要进一步系统的归纳和综述。基于弯曲河流的颈口裁弯和斜槽裁弯已有研究成果,根据野外观测与遥感解译、水槽实验和数值模拟成果对裁弯过程与机理的研究进展进行全面总结,综述人工裁弯工程的相关研究成果。弯曲河流裁弯演变的进一步研究方向应考虑漫滩水流、滨河植被和渗流作用对裁弯过程的影响。     

水流条件诱导河湾形态变化试验研究

蜿蜒型河道是冲积平原河流最常见的一种河型.在前人研究的基础上,从弯道的水流微观结构和输沙特征出发,利用弯道水槽试验,研究河湾的弯曲形态与来水条件及河床组成之间的关系,认识到来水条件是影响河湾形态的决定性因素,得到了河道曲率半径随流量增大而增大,即"大水造大弯,小水造小弯"的规律性认识,建立了弯曲半径与来水条件及河床组成之间的关系式,并利用丹江口水库运行后下游河湾特性变化进行验证,拟合结果与实测值基本相符.     

黄河下游切滩导流效果分析

结合黄河下游王庵切滩导流工程实测资料,对切滩导流过程中引河比降变化、分流比、引河过水断面变化的规律分析表明:引河河势随着引河分流比的加大而变化,引河通过最大流量时对应的分流比为73.3%,引河初始断面与引河最终断面之比小于1/4,原大河河势的变化与引河河势弯化密不可分;初期引河过流流量比较小,大河流量较大,深泓线还在原河道,引河进出口上下游大河河道没有大的变化,但随着引河进口上游大河河道人工扰动的影响和引河流量的加大,大河流量减小,深泓线由大河河道逐步移向引河。     

河流弯道水流特点与冲刷深度探讨

根据河流弯道水流的特点,对弯道水流的冲刷机理和冲刷深度进行了分析与探讨,并给出了国外学者计算弯道水流冲刷深度的几种方法.     

水文实验六十年

丹江口及三峡水库运用后,坝下游急弯河段普遍出现了不同程度的切滩撇弯现象,以往研究表明弯曲河道的切滩撇弯是由于水流弯曲半径与河道曲率半径的不相适应所致,水流动力轴线摆动是发生切滩撇弯的基本原因之一,水流动力轴线摆动是水流动力因素与边界条件共同作用的结果。以往研究主要集中于水流动力因素变化对水流动力轴线摆动的影响,然而围绕水流动力因素与边界条件共同作用对水流动力轴线摆动幅度的影响研究较少。以三峡水库下游荆江典型弯曲河段调关－莱家铺河段为例,采用二维水流数学模型模拟了不同流量级条件下本河段的流场分布,绘制了 6 种流量级条件下的水流动力轴线,选取了多个不同曲率的典型断面,对比各个断面在不同流量级下水流动力轴线的摆动幅度,分析了河道曲率变化对水流动力轴线摆动幅度的影响。结果表明: 水流条件的改变是导致水流动力轴线摆动的主要因素,随着流量的增大,水流动力轴线的摆幅逐渐增大,顶冲点位置向下移动,河道的曲率大小影响水流动力轴线摆动对流量改变的响应,河段的曲率越大,这种响应越快,向凸岸侧产生的摆动幅度越大。结合数值模拟结果可以看出,在小流量作用下,水流动力轴线与深泓线基本一致,大流量作用下,水流动力轴线在弯曲河段大曲率处靠近凸岸,与实际发生的冲淤情况一致,这会导致弯曲河段大曲率处容易出现撇弯切滩现象。本次研究可为进一步深入研究三峡水库下游弯曲河道的演变规律提供参考。     

U形弯道建闸对水流运动特性的影响试验

试验研究在U形弯道上建闸后水流运动特性的变化,结果表明弯道设闸使弯道不同位置凹岸、凸岸及中线水位产生显著差异,从而导致水面横比降变缓、水流动力轴线变光滑、流速分布变均匀,为深入分析建闸后弯道水流特性及建闸对泥沙运动、河床演变等的影响研究提供借鉴。     

水轮发电机组主轴弯曲振动基频研究

对反击式水轮发电机组主轴弯曲振动机理进行的研究，将机组的主轴径向弯曲振动分解成：①两消铰支，中部加集中转子质量；②两端铰支，中间为均匀主轴；③一端铰支，另一端加集中的转轮质量等3个系统来考虑。经过简化后，用数学方法分别推导出3个系统主轴弯曲振动方程并解出振动方程解。     

河湾水流与河床冲淤综合分析

本文在两个弯道模型试验基础上［１，２］，综合分析了国内外的有关研究成果。文中首先阐明河流蜿蜒弯曲的必然趋势和河湾内环（副）流伴随主流形成螺旋流动前进的特征，并对弯道内主流位向变化、环流强度、水面横比降等作了分析，推荐了计算公式。其次，对河湾水流的横断面流速分布和沿河宽的单宽流量分布给出了计算方法，并分析求得了河湾冲刷深度的公式；依此可以计算河湾冲淤河床的平衡断面。     

急弯段闸孔出流的弯道水流特性研究

在河弯处修建水工建筑物时,研究弯道水流特性对水工建筑物布置的影响十分重要。采用RNCκ-ε紊流模型对急弯段闸孔出流的弯道水流进行了三维数值模拟。通过模拟计算,比较分析了急弯段不同闸位、不同流量条件下闸孔过流时的流速分布、紊流动能、压强分布和环流等相关水流特性与变化规律。分析研究结果表明,闸坝位于弯道上游时,弯道对闸坝过流的影响最小,但需对闸坝下流弯道凸岸岸坡附近区域采取一定的防护措施;闸坝布置在弯道中游时,过闸水流受弯道的影响最小,闸室水流的稳定性、闸门的工作安全以及闸墩的空蚀破坏都是实际工程中需要注意的重点。数值模拟验证与物理模型试验结果吻合较好,计算精度较高,能够满足相关计算研究要求。     

溃坝水流作用下急弯河道泥沙输移数值模拟

将有限元特征分裂算法(CBS)应用于二维浅水控制方程的求解中,建立了模拟溃坝水流泥沙输移的数学模型。CBS算法在计算对流主导的问题时具有很好的稳定性与较高的精度,适用于处理溃坝水流流速大,水位、床面变化剧烈等问题。应用该模型对90°急弯河道全溃所致的水流运动进行了数值计算,并与试验资料进行了比较,证实了该方法的可靠性。最后用该模型模拟了180°弯道中溃坝水流在缓坡、陡坡时的洪水演进与泥沙输移。结果表明:模型能够较好地模拟溃坝水流运动,模拟结果符合水流泥沙运动规律。     

弯段溢洪道导流墩联合糙条消能工水力特性试验研究

由于弯道离心力与边墙的作用,导致溢洪道内产生水面超高、横向冲击波等问题。为了充分体现加设导流墩糙条后对溢洪道内水力特性影响,通过对曲率半径与底宽比值为2. 2的60°弯段溢洪道试验研究,得到了不同试验方案下溢洪道各典型横断面的水深与水流动力轴线分布规律。结果表明:导流墩布设位置和个数均可以一定程度地改善溢洪道内水面结构形态,单一形式导流墩对弯道内水面结构改善效果不如导流墩和糙条联合布置形式; 5组试验方案最大水面差及最大水深在1/5～2/5弯道横断面和4/5弯道横断面相邻上下游位置发生频率较大,且导流墩糙条联合方案的水流动力轴线更趋向弯道中轴线;相比同类消能工,导流墩糙条联合形式布置在弯道内更加节约工程造价,且施工较方便,可为实际工程设计提供理论参考依据。     

潮汐作用下弯道环流的数值模拟

潮汐作用下的往复式弯道环流与径流式弯道环流的结构特征应有区别。该文建立三维水动力数学模型模拟黄浦江吴淞口弯道环流,提出涡度作为环流强度指标,对吴淞口弯道环流时间和空间分布进行统计分析。结果显示,吴淞口弯道环流强度分布呈现弯道中段小、进出口两端大;在一个潮周期中涨潮期间环流强度大于落潮;涨潮时环流强度变化大,变化快,落潮时环流强度较稳定,变化小。