清水冲刷下沙质型河床悬移质含沙量恢复过程试验研究

发布时间：2018-05-31 13:05

  本文选题：不平衡输沙 + 悬移质含沙量沿程分布　； 参考：《长江科学院》2017年硕士论文

【摘要】：水库修建后上游来沙大部分淤积在库区内,使得坝下游水体含沙量急剧减少。泥沙在输移过程中水体含沙量将由次饱和向平衡状态转化,并伴随着水流挟带泥沙做功、克服阻力做功等能量重新分配和转化的过程。这一过程将导致坝下游河床受到长距离冲刷,造成河势剧烈调整,从而对防洪、航运、水资源利用、水生态环境等可能带来不利的影响。现有研究成果多基于理想水流条件,研究含沙量为饱和状态下的水流运动特性和泥沙浓度分布情况,而对于低含沙量水流沿程恢复饱和过程中的流速、紊动强度分布及含沙量沿程变化情况的综合研究相对较少,其中对悬移质含沙量由次饱和向平衡状态变化过程规律的认识仍存在一定的不足。可见,当前研究假定的水沙条件与实际水沙条件仍存在一定差异,关于非饱和状态下悬移质输沙水槽试验成果也较少,需要更为深入地研究。本研究利用配置先进测量仪器与带自动调节功能的水槽试验系统,开展了来流为清水恒定流、床沙为天然均匀沙条件下的悬移质输沙试验。通过不同流量、尾门水深、床沙粒径的组合开展了18组水槽试验。试验布设了6个流速测量断面及24个悬移质泥沙取样断面,获取了水流流速及紊动强度、水位、含沙量浓度数据。进一步研究了清水冲刷且伴随床沙运动条件下断面垂线流速分布、垂线紊动强度随时间变化规律及悬移质含沙量变化情况,探索了不同水力因素对悬移质含沙量沿程变化规律的影响。主要研究成果包括:(1)阐明了流量、尾门水深、床沙粒径变化对垂线平均流速沿程变化和随放水历时变化的影响。研究表明,流量增大、水深减小、泥沙粒径变细等试验条件的改变均会导致悬移质泥沙从次饱和向饱和状态恢复的距离延长,且处于此范围内的各试验断面垂线平均流速随放水历时逐渐减小,而悬移质含沙量达到饱和后的试验断面,其垂线平均流速变化不大。(2)揭示了床面存在沙波运动时含沙水流垂线紊动强度分布规律。研究表明,床面存在沙波运动时,含沙水流垂线紊动强度分布与床面平整时相比有着不同规律。研究发现沙波运动强烈影响近床面水体紊动强度分布,进而影响含沙水流垂线紊动强度分布。床面形态不同,断面垂线紊动强度分布情况亦不同:对于进口段床沙持续被冲刷的断面而言,垂线紊动强度水面大底部小并随放水历时增加紊动强度数值持续下降;对于由冲刷向恢复饱和过渡断面而言需要分为两类情况:当床面持续被冲刷但上游有来沙补给时,紊动强度垂线分布为自水面逐渐增大并在近床面达到最大值后逐渐减小;当床面先淤积后被水流冲刷时,紊动强度分布为自水面向下逐渐增大并在床面达到最大值,之后随放水历时增加紊动强度垂线分布变为自水面向下逐渐增大并在近床面达到最大值后逐渐减小的分布情况;对于水槽试验段中后部床面冲淤交替、悬移质含沙量恢复饱和断面来说,垂线紊动强度分布为自水面向床面逐渐增大,且因沙波运动,近床面紊动强度数值波动较大,随着沿程增加,紊动强度数值有所降低。(3)阐明了流量、尾门水深、泥沙粒径变化对悬移质含沙量沿程恢复过程的影响。当其他影响因素不变时:流量越大,悬移质含沙量饱和距离越长,达到饱和状态时数值也越大。同时,随着放水历时增加,悬移质含沙量达到饱和的距离也有所加大,但数值有所减小;尾门水深越小,悬移质含沙量恢复饱和距离越大,恢复饱和后的数值也随之增大;泥沙粒径减小,悬移质泥沙恢复饱和距离和含沙量数值均有所增加。同一相对水深点处含沙量变化规律与断面平均含沙量变化规律一致:悬移质含沙量浓度沿程逐渐增大并在水槽终端基本饱和,悬移质含沙量恢复饱和后的数值随放水历时的增加逐渐减小。
[Abstract]:In this paper , the influence of different hydraulic factors on the change of sediment concentration along the course of sediment transport is studied . The results include : ( 1 ) the flow velocity , the depth of sediment and the change of sediment concentration are studied . ( 2 ) The distribution of turbulent intensity of sand - bearing water flow during sand wave movement in the bed surface is revealed . The results show that the distribution of the turbulent intensity of the vertical line of the sediment is gradually increased from the water surface to the maximum after reaching the maximum value in the bed surface . The distribution of the turbulent intensity of the suspended sediment increases gradually from the water surface and reaches the maximum value after the maximum value is reached .
【学位授予单位】：长江科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TV149

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本文编号：1959784