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。     

弯曲河道纵向垂线平均流速平面分布的研究

本文以弯道水流运动方程作为分析的基础，根据弯道水流纵向流速沿垂线分布在凸岸区域眼从对数分布律，在四岸区域眼从抛物分布律，导出了分区域变自率动床弯道水流纵向垂线平均流速计算公式，并从理论上对河湾纵向垂线平均流速的横向分布和沿程变化规律进行了分析，同时给出了适用于定半经弯道的纵向垂线平均流速平面分布公式的简化形式。最后采用美国ＦａｌｌＲｉｖｅｒ野外水流观测资料对纵向垂线平均流速计算公式进行了验证计算，结果令人满意。     

赵口—黑岗口河段河势演变及工程适应性分析

在统计不同时段赵口—黑岗口河段河湾要素的基础上,分析了规划流路与实际流路河湾要素之间的相互关系,从河床比降、弯道半径、河湾中心角、直河段河长等方面分析了河势演变情况及已建工程对河势流路的适应性。结果表明:规划流路与实际流路趋向匹配;多数工程河湾半径设计较为合理,但部分工程设计弯道中心角较大,不利于控制主流;建议结合工程实际情况采取一定的工程措施,进一步完善原有的整治方案,增强对河势的控制能力。     

弯曲河道立堵截流龙口水力特性分析

弯曲河道中截流水流运动规律极为复杂,弯道边界形态和立堵截流布置方式的不同对截流难度均有很大的影响,对弯道中立堵截流龙口水力特性进行分析,有助于了解复杂的水流流态并选择合适的截流方案。本文考虑弯曲河道截流的主要影响因素,以施工水力学为基础,建立弯道截流龙口水流流态和堤头局部水力特性的计算模型,分析弯道相对河宽、弯道弯角和龙口位置对水深和流速变化的影响。分析结果表明弯道截流龙口流速变化有显著的时变差异和位变差异,并给出了龙口相对水深和堤头局部流速随弯道形态的变化关系。最后结合大渡河丹巴水电站河湾上截流的工程案例分析比较,验证了计算模型的可行性和分析结果的适用性,为河湾中截流方案及其截流施工布置型式的选择提供了理论依据。     

复杂边界条件下桥墩冲刷的试验研究

本文阐述了弯道中的流速分布,进而求得了弯道中的一般冲刷,通过对弯道中的斜交桥水流偏转角以及过水断面宽度的求解,初步求得了河湾中斜交桥的一般冲刷的计算结果,并且通过折减系数将一般冲刷与局部冲刷联系起来,推得了在只有表面流速与水位情况下的弯道中斜交桥的冲刷深度计算公式,结合延河水工模型实验资料,验证了冲刷的折减系数,计算结果与实际吻合较好.     

弯曲河道中水流运动的三维数值模拟

基于雷诺方程和有限体积法建立了描述弯道水流运动的三维数学模型,用室内物理模型试验进行验证,结果表明,该模型能够较好地模拟弯道内水流流速分布以及湍流特征。随后用该模型模拟了若干典型平面形态和床面形态的弯道水流运动。模拟结果表明:弯道中浅滩和深槽相间的地形起伏加剧了断面流速分布的不均匀性,同时使得水流动力轴线更加偏向凹岸,流速的沿程变化也较平整床面更为复杂;另外,与对称型河湾(正弦派生曲线型)相比,非对称河湾(Kinoshita派生曲线型)中在两弯顶中间存在较多的低流速区,有利于泥沙落淤,而对岸流速一般较大,形成河岸的快速崩退,这能够从一个侧面解释非对称河湾向下游方向整体的快速迁移。     

弯道水流的能量耗散规律及其应用

天然河湾的弯曲平面形态和离心力作用,引起弯道的水流能量重新分配和耗散规律发生变化。基于弯道水流能量平衡方程,总结了弯道水流的能量耗散主要原因,推导了弯道水流的横向与纵向能量耗散率的表达式,并采用弯道水槽实验数据验证和率定表达式的参数。运用弯道水流能量耗散规律,本文初步解释了三峡水库建成蓄水后,下泄清水将使得荆江河湾的水流能量横向耗散增强,凹岸区域严重冲刷,凸岸区域显著淤积,单个河湾的弯曲度将变大。     

弯道水流的能量耗散规律及其应用

天然河湾的弯曲平面形态和离心力作用,引起弯道的水流能量重新分配和耗散规律发生变化.基于弯道水流能量平衡方程,总结了弯道水流的能量耗散主要原因,推导了弯道水流的横向与纵向能量耗散率的表达式,并采用弯道水槽实验数据验证和率定表达式的参数.运用弯道水流能量耗散规律,本文初步解释了三峡水库建成蓄水后,下泄清水将使得荆江河湾的水流能量横向耗散增强,凹岸区域严重冲刷,凸岸区域显著淤积,单个河湾的弯曲度将变大.     

河湾岸坡泥沙起动流速研究

通过对河湾岸坡上泥沙颗粒的受力分析,建立了相关的泥沙起动模式,从理论上推导出了对应的起动流速公式。与顺直河床的泥沙起动公式的比较表明,沙莫夫公式只是本文公式的特例。在概化的河湾岸坡水力学模型上,系统研究了不同弯道半径、水深、流量及岸坡坡度情况下泥沙的起动流速。通过验证比较表明,用本文所给公式计算的河湾岸坡泥沙起动流速与试验实测资料和前人的研究成果基本一致。     

河湾水流与凹岸路基侵蚀机理探讨

笔者利用弯道概化模型试验成果对河湾螺旋水流特性及凹岸路基的侵蚀机理进行研究。对河湾水流的形态和环流的形成、发展规律及凹岸水下路基边坡泥沙运动特性进行了分析。提出了凹岸路基的侵蚀主要是由河湾水流对路基边坡的淘刷以及路基的崩塌而引起,得出了河湾凹岸路基防冲范围。     

含污染物的环流非充分发展弯道湍流数值模拟

本文建立了可模拟弯道中含污染物湍流的三维部份抛物型代数应力模型，以４５°弯道为例，针对左右两岸分别泄放污染物的环流非充分发展弯道流进行了计算，对所得的水流结构及污染物浓度分布进行了分析，结果充分反映出环流非充分发展弯道流中水流结构及污染浓度分布的特点。     

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.     

梯形断面直角弯道水面比降特征研究

天然弯道因凹岸受横向环流的冲刷作用,其断面形状常常表现为梯形,由于弯道水流的复杂性和数学手段的限制,目前梯形断面弯道水面比降分布规律的研究尚不充分.采用理论分析和模型试验相结合的手段,讨论了梯形断面直角弯道水面比降的分布特征与计算方法,并尝试建立了相应的理论公式,为进一步揭示弯道水流流速分布和弯道泥沙起动等方面的规律提供了帮助.     

弯道水流的基本特性及数值模拟

总结了弯道水流水面横比降、横向环流、流速重分布、分离流及弯道切应力和局部阻力等基本特性及其研究现状;建立了极坐标下沿水深平均的弯道水流平面二维数学模型;并进行了试验室180°矩形弯道和长江调关河弯两个弯道水流的实例计算。计算和验证表明：建立的弯道水流数学模型能较好地模拟弯道水面形态变化和流速重分布。     

计算弯道环流的通用公式

针对罗索夫斯基弯道环流公式推导过程中存在的问题，在其模型方程中，增加底床不可滑动条件，耦合求解得到了弯道环流公式和水面横比降公式，并应用数值逼近方法，对弯道环流公式进行了简化，以便于弯道环流的理论计算和工程应用。通过对光滑和粗糙床面条件下弯道环流实验资料的验证，并与罗索夫斯基公式、Odgaard公式、张红武公式进行了比较，表明本文公式与实际值最为符合。因此，本文得到的弯道环流公式，形式较为简洁，易于计算，而且适合不同粗糙度的床面，是计算弯道环流的通用公式。     

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。     

黄河什四份子弯道冰下环流特性研究

为分析弯道冰下水流结构与环流分布特征，利用声学多普勒流速剖面仪(ADCP)对什四份子弯道的冰下流场进行了测量，通过测量弯道的冰厚、水深、流速，分析了弯道断面冰情与冰下环流分布情况。结果表明：弯道冰下水流并不完全呈现双螺旋结构，冰封期环流集中在弯顶凹岸侧和弯顶后凸岸侧，易产生在相邻冰塞之间或是冰塞与河岸之间；环流区域环流旋度沿水深线性增大，非环流区域环流旋度则线性减小，同一位置的不同流层环流旋度大小分布基本一致，弯道后半段大于前半段，弯顶前凹岸侧大于凸岸侧，最大环流旋度位于弯顶凹岸侧，约为0.91。     

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.     

明渠弯道水流运动规律研究现状

自然界中河流经常是弯曲的,使得弯道环流研究成为水力学及河流动力学最重要的课题之一。明渠弯道水流运动规律的研究主要包括弯道水面横比降、横向环流垂线分布和环流流速沿程分布等方面。本文对这三方面的研究成果进行了归纳与分析,并对弯道水流运动规律的研究现状进行了评述。通过罗索夫斯基的实验资料对弯道环流流速分布公式和环流流速沿程分布公式进行了检验比较,向工程界推荐出相应的计算公式。     

三峡库区蓄水初期连续弯道淤积特性探讨

三峡水库蓄水运行以后,库水位抬高,流速降低,库区河段内的水流特性发生改变,库区呈现累积性淤积态势。从库区泥沙淤积分布来看,淤积主要发生在弯道河段,特别是连续弯曲河段淤积强度较大。针对库区连续弯曲河道特点并结合实测断面地形资料,采用Fluent软件进行了三维水流数值模拟,结果表明,连续弯道主流"走直",环流将主流区所挟带的细颗粒泥沙从中剥离,并随环流运动,泥沙会被挟带至弯道凸岸下游一侧的缓流区落淤。