转流坝对弯曲分汊河道水流特性的影响研究

发布时间：2020-06-29 16:50

【摘要】：弯曲分汊浅滩是西南山区河流中普遍存在的滩险类型,该类型滩险成因复杂,治理难度大,其治理主要采取整治建筑物结合疏浚的措施开辟直槽通航,但采用传统整治方法可能存在通航汊道表面流速增加形成急流滩的风险。本文提出在弯道中布置转流坝的整治思路,调整凹岸侧下方逆坡段中的底流方向,增加其近底层垂线流速和紊动强度,调整汊道分流比,解决过渡段浅滩淤积问题。本文通过概化长江上游山区河流凸岸类弯道分汊浅滩河道形态,采用Fluent的RNG k-?紊流模型结合VOF两相流模型对70°弯道分汊河道进行三维数值模拟,研究不同转流坝方案对水流特性的影响,主要得出以下研究结论:(1)转流坝的主要功能是通过坝体的挡水作用,改变分汊段中凹岸侧下方逆坡段底流流向。方案四底流方向较方案前偏转了13.7°,有利于凹岸侧过渡段集中冲刷。(2)转流坝使弯道与逆坡段内流场重新分布,有效增大凹岸下方逆坡段近底层纵向垂线流速大小,双转流坝布置更有利于使凹岸侧主槽内底部泥沙获得更大的动能,满足泥沙起动条件。(3)转流坝可有效调节汊道分流比,方案后凹岸侧汊道分流比增大,较方案前凹岸侧汊道分流比最多增加6.5%。(4)逆坡段垂向紊动强度沿水深呈“L”型分布,横向紊动强度沿水深的分布先增大后减小再增大。从整体上看,横向紊动强度要大于垂向紊动强度值。转流坝可增大逆坡段近底层水流紊动强度,有利于改善过渡段浅滩淤积问题。(5)转流坝的长度与个数对逆坡段水流结构的改变有重要影响,当转流坝长度与数量增大时,纵向垂线流速与紊动强度随之增大。研究发现,L/B=0.3的双转流坝方案最有利改善过渡段泥沙落淤问题。本文转流坝对水流特性的影响的研究成果,除了可以直接应用于长江上游叙渝段航道治理外,还可以用于类似条件的山区河流,在河床演变、江河整治中具有参考价值。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U617
【图文】：

流速分布,导流屏,位置简图,环流

工程应用化是弯道水流调整的基础，流速分布是弯道水流弯道凹岸冲刷和凸岸淤积的根本原因。因此，改淤积的关键所在。国内外学者在改善弯道水流其中比较成功的环流建筑物是导流屏。以前导流富的实践经验，所以在我国治河工程措施上还未种小型导流结构，用于改变近床流态重新分布水用于河流护岸工程。它们垂直于河床上与水流当前水深的 1/5— 2/5。在弯道凹岸，其翼板相层导流屏受到了向凸岸推挤的力，在导流屏周围。其作用是在水中激起次生环流，用以消除由河生环流改变原剪应力大小和方向，在导流屏控制沙运移的变化[14]。

复式河道,水流结构

其中滩槽交互区是联系主槽和滩地的纽带，是水流特性研究的重点研究区域。吉祖稳结合水槽试验结果对各区垂线流速分布特点作出以下结论：（1）在主槽平衡区以及滩地平衡区内，不受滩地交互区的水流影响，垂线流速分布与一般明渠类似，满足对数流速分布形式；（2）边壁区垂线流速往往受到固体边界的影响，最大流速不再位于自由表面而是水面以下某个位置，可以用一般明渠近壁水流垂线流速公式表达；（3）在滩槽交互区内主槽最大流速出现在水面以下，但滩地垂线最大流速仍位于表面处。床面附近垂线流速仍满足对数流速分布，但自由表面附近需要采用尾流函数修正。关于顺直复式河道横向流速[17]- [21]的分布特点主要是受到滩槽交界面水流相互作用的影响，滩槽水流相互作用具体表现为在滩槽交互区内来自主槽与来自滩地侧的水流由于流向不同，彼此水分子之间将产生大量碰撞，导致滩槽水流掺混发生动量交换，剪应力增强，水流结构复杂，存在流速间断面。主槽内流速将减小，而滩地内流速增大。在滩槽交互区以外，受滩槽动量交换作用小，流速分布接近一般明渠。不少学者根据滩槽水流特点推导出漫滩水流流速二维分布，如王树东[20]基于 reynolds equation 推导出的流速二维解析解。图 1.

【参考文献】