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。     

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。     

恒流条件下丁坝的水流特征和冲淤形态分析

为了防止丁坝在湍急水流的冲刷下受到侵蚀,避免丁坝出现水毁破坏,模拟丁坝水流冲刷试验,在恒流条件下,对丁坝的水流特征和冲淤形态进行研究。结果表明,恒流条件下,丁坝阻挡水流时水位上升,水流从坝头绕过后水位逐渐降低;随着水流持续运动,离坝轴线越远,水流流速减小,泥沙沉积越多;在恒流条件下,离坝头越近,水流流速越快,冲刷深度越大。研究成果可为河道治理提供参考。     

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.     

护岸式铅丝笼丁坝挑角的选择

通过室内模型试验,研究了不同挑角时丁坝附近的水流结构、坝后回流区及自由水面的变化情况,以及不同挑角丁坝附近局部冲淤变化的规律。结果表明:随着丁坝挑角的增大,坝上游流速减小区范围扩大,坝头流速变幅增大,坝后回流区长度和宽度均有所增大,坝头水面比降也增大;结合实际工程经验,建议护岸式铅丝笼丁坝的挑角宜设计为下挑45°。     

三峡水库不同调控方式对坝下游河道演变影响

受长江上游干支流来水来沙减少、梯级水库蓄水拦沙等多方面因素影响,三峡水库坝下游水沙过程及河道演变发生了明显变化。采用数学模型作为研究手段,开展了三峡水库不同调控方式对坝下游河道演变影响的初步研究。结果表明:不同控泄流量对坝下游河道冲淤总量有一定影响,但影响程度有限,随着水库运用年限的增加,不同控泄方案间的差异有所减小;不同典型河段均表现为河槽冲刷下切、洲滩冲刷萎缩的演变趋势,且随着时间的延长,冲刷强度有所减小,河段的河势总体变化不大,平面形态及深泓摆动幅度较小;控泄洪峰流量减小后,河道演变的趋势变化不大,但大部分河段的河槽冲刷增大,表现为河槽冲深增加和槽宽增大。     

信江八字嘴枢纽坝下冲刷计算研究

针对枢纽下游河床冲刷这一水利航运界普遍关注的工程问题,为确保信江八字嘴航电枢纽工程的安全及下游通航条件,基于信江水文基本特性、河床演变特性分析,建立平面二维水沙数学模型,对八字嘴枢纽建成运行后可能引起的坝下冲刷进行了计算研究。结果表明:工程河段地处鄱阳湖影响范围,天然情况下洲滩小幅淤长,河道演变较为稳定,但近年来部分区域频繁的采砂活动造成局部河床显著下切,需要引起高度重视;经过10个水文年冲淤调整后,西大河坝下5 km范围内因大规模采砂作用河床深凹、水深较大,故冲刷幅度相对不大;坝下5～10 km范围冲刷较为明显,冲刷部位主要在河槽,平均冲刷深度约为0. 29～0. 93 m,边滩部分变化很小;东大河由于下游双港枢纽的抬水作用,坝下冲刷幅度整体较小。总体来看,八字嘴枢纽坝下河床冲淤变化的幅度随时间逐渐减小,河道河势基本保持稳定。     

河道阶梯形丁坝冲刷形态和冲坑特征的研究

为了减小洪水对河道阶梯形丁坝的影响,防止河道汛期积淤。本文采用数值模拟法对河道阶梯形丁坝的冲刷特性进行分析。结果表明：恒定水流作用下,阶梯形丁坝的水流冲刷深度、冲刷面积和冲刷量随时间增加均快速增大,后逐渐趋于平稳。随着丁坝相对高度的增加,最大深度和平均深度逐渐减小。以上研究可为河道治理工程提供参考。     

长兴岛南沿丁坝坝头冲刷坑深度探析

利用长江口已经验证的典型丁坝坝头冲刷坑计算模式对长兴岛南沿起历经多年冲淤变化后的丁坝坝头冲刷坑进行计算，发现计算结果与实测冲刷坑深度有较大差异。经分析长兴岛南沿外沙内泓河段地质勘探资料，找出了实测冲刷坑深度与计算结果产生差异的原因，提出土层物理力学指标是影响冲刷坑终极深度的重要原因，丁坝坝头床沙起冲流速是分析计算坝头坑深度的主要参数。     

黄河下游洪水期主槽水力因子变化研究

洪水过程中主槽平均流速和断面冲淤变化是影响下游河道排洪能力的主要因素。对黄河下游实测资料的系统分析结果表明，涨水期主槽平均流速随流量的增大而增加，但当主槽平均流速达到2.5m/s时，流速随流量的增加而增加的幅度明显减小，主槽平均流速和流量呈对数关系；洪水过程中主槽涨水期冲刷、落水期回淤，相应的冲淤面积与洪水流量的变幅呈较好的线性关系；涨水期主槽冲刷面积受含沙量的影响不明显。     

清远水利枢纽坝下河床冲刷及其对下引航道的影响研究

清远水利枢纽工程是继飞来峡水利枢纽后在北江干流上拟建的又一大型水利枢纽工程。通过动床物理模型试验,研究了枢纽建成运行后下游河道冲淤演变及其对下引航道口门区回淤的影响。结果表明,枢纽运行后,下游河道整体上无论是平面形态还是断面形态均没有发生较大的冲淤变化,坝下冲刷区域主要集中在坝下500 m范围内;下游引航道口门区及连接段总淤积量约8万m3,平均淤高1.46 m,没有形成比较突出的明显碍航的拦门沙。建议碍航时及时进行机械清淤,保障枯水期通航。     

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。     

三峡水库消落期土脑子河段冲淤特性分析

土脑子河段位于三峡库区土脑子至鹭鸶盘,长约3 km,三峡水库蓄水前具有汛期淤积,汛末及汛后冲刷,年内冲淤基本平衡的规律.三峡水库135～139 m运行期,该河段位于回水区中段,年内有冲有淤,累积为淤,其中汛期为主要淤积期,汛末及消落期是主要冲刷期.分析表明:在水位消落期,土脑子河段比降约增大33%～182%;在消落初期坝前水位139 m、流量大于10000 m3/s时,河床开始冲刷,随着坝前水位消落,入库流量增大,冲刷强度逐渐增强,在流量15000 m3/s左右时冲刷强度最大,当水位消落至135 m、流量大于23 000 m3/s时,冲刷过程基本结束;土脑子河段消落冲刷量主要集中在右侧深槽,冲刷量大小主要与消落水位、消落时间、前期淤积量以及来水来沙条件有关,水位消落越大,消落时间越长,冲刷量越大;前期淤积量越多,冲刷量越多;消落期来沙量越小,来水相对越大,冲刷量也越大.     

非淹没式丁坝群局部冲刷规律试验研究

结合某河道整治工程的实施,通过比尺模型试验,对丁坝群设计参数变化时局部冲刷规律进行了分析研究。总结了不同丁坝间距、长度和坝轴线方位角对冲刷坑深度及冲淤位置的影响,并根据试验观测资料提出了丁坝群各坝头局部冲刷深度的分析计算方法,所得结果可供河道整治工程规划设计参考。     

河口河道延伸对黄河下游河道淤积影响分析

利用黄河下游大断面观测数据、水文站日水沙数据和近河口断面水位变化等资料,构建黄河下游5个河段河道断面平均冲淤量与水沙因子和河段比降之间的关系式,进而计算分析了黄河下游1976—1996年来水来沙条件下两种情景中河口延伸对下游的增淤作用。这两种情景中,一是对比了现状与1976年河口改道后河口河道未再延长情况下下游淤积量的差异;二是对比了黄河河口继续走刁口河情况下下游的淤积量与现状淤积量的差异。结果显示:此期间河口延伸增淤主要发生在泺口以下河段,并且在该河段淤积量中占较大的比例,其中第一种情景下20 a累计增淤占比超过50%,但20 a河口延伸累计增淤量低于整个下游总淤积量的5%。这一时段河口延伸增淤量占比较小与历史上黄河输沙量长期增加、下游冲积平原构造下沉和三角洲建造有关。分析认为2000年以来黄河下游经历来水来沙量显著减小后的持续冲刷过程,但是近年随着冲刷减缓,下游趋向输沙平衡发展,河口延伸增淤对下游冲淤过程的影响程度将相对加大,并且在长期缓慢但不断积累的河口延伸中使下游转向低强度淤积状态。     

潮汐河口丁坝布置对河床冲刷的影响研究

河流和与之相邻的港池、坝田之间,河流的滩槽之间,都发生着动量和质量交换。通过二维水沙模型以及理论模型分析了不同丁坝间距对河床冲刷的影响,研究发现:当丁坝间距逐渐增大时,坝头冲刷深度也逐渐增加,主槽内的冲刷分布变得不均匀;涨急和落急时刻坝田与主槽的水沙交换系数均在0.01～0.04之间;在涨急时刻,随着丁坝间距的增加其交换系数逐渐减小,并呈良好的线性关系;但在落急时刻,在丁坝间距为4倍坝长时交换系数最大;随着丁坝间距的增加,主槽的平均流速逐渐减小。整体呈现为随着丁坝间距的增加,主槽的平均冲刷深度逐渐减小。     

双丁坝间流场及局部冲刷的数值模拟研究

因双丁坝对河道流场及泥沙冲淤的影响有别于单丁坝,选取实际河道丁坝群中的双丁坝建立三维模型,并拟定5种对比方案,基于计算流体力学(CFD)数值模拟的方法,采用RNG k-ε模型和VOF法捕捉液体自由面进行模拟计算,对比分析了双丁坝协同工作时的水沙运动特性。流速与冲刷深度计算结果表明,当双丁坝长度相差大于10m时,易形成不均匀的河道流场,不利于河势控制;当首、次丁坝长度协调时,冲刷坑尺寸较小,坝间河岸被双丁坝回流区掩护,近岸流速较小,河道流场均匀,对丁坝稳定、河道治理与河势控制效果较好。     

黄河小北干流冲淤与水沙响应关系分析

依据实测大断面资料,给出了1974年以来黄河小北干流不同时段、不同河段的沿程冲淤量,分析了2003年以来该河段持续冲刷的原因,并对不同水沙搭配组合与小北干流冲淤量的响应关系进行了分析。结果表明:①1974年三门峡水库采用蓄清排浑运用方式以来,黄河小北干流的冲淤变化主要受来水来沙条件影响,基本保持非汛期冲刷、汛期淤积的特点。2003—2016年受上游汛期来沙量大幅减小的影响,沿程各河段汛期淤积量明显减小,在非汛期冲刷量减小不多的情况下,运用年各河段均为持续冲刷。②汛期水沙搭配组合中含沙量对冲淤量的影响程度更显著,运用年内水沙搭配组合中含沙量和流量对冲淤量的影响程度相当。     

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。     

丁坝坝身侧冲刷坑控制与治理工程措施初探

丁坝是最常用的河工建筑物之一,时常由于水流力学性能的不确定性,在丁坝坝身侧形成较大的回流冲刷坑,威胁着丁坝稳定与安全.采用勾坝或丁勾坝结构形式,能够有效控制冲坑的发育与扩散,可以保护丁坝安全.崇明岛六效港东11号丁坝,自2000年以来回流冲刷坑不断发育扩展,到2001年10月,在丁坝西侧形成了坑深达-7.5 m,坑长达99.3 m,坑宽达38.2 m的近似椭球型冲刷坑,极大地威胁着丁坝安全和该段河床河势稳定.通过河势分析,决定采取在丁坝西侧冲刷坑外尖嘴部位建一条勾坝方案进行治理.接长加高后的勾坝设计参数为勾坝坝根顶高程为1.5 m,比丁坝坝面高程低0.7 m,勾坝坝头顶面高程1.0,相应河床高程-1.6 m,坝顶宽度与内外侧坡比保持不变.接长后勾坝长度为62.9 m.2003年1月,对接长加高后的勾坝实测水下地形后发现,坝后冲坑有所回淤,坝前河床基本稳定,回流冲刷坑得到了有效控制.