堆积体河道三维水流特性试验研究

发布时间：2020-06-01 07:51

【摘要】：在高山峡谷地区,由于崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害,很容易产生松散体汇入河道形成一般水流条件难以搬运的堆积体。这些堆积体会增加河流泥沙的来源,挤压流路,改变河道水流的运动特性和输沙特性。研究堆积体作用下河道水流的紊动特性,可以为河床演变、堤防设计等提供理论支持,同时也能为研究泥沙输移、沉积等相关研究奠定一些理论基础。本论文采用水槽模型试验与理论分析相结合的方式。试验数据采集采用的是声波多普勒流速仪(ADV)。研究了不同流量、堆积体进占比和侧向坡度对水流三维流速、紊动能和三维紊动强度的影响。其中主要研究成果如下:(1)研究了测区三维流速的分布规律。受堆积体扇形边界的影响,水流中产生环流,使得横向流速反向;随水深的增加,水流偏转由偏向右岸逐渐变为偏向左岸。由于堆积体形态为下大上小,底层水流偏转剧烈。在堆积体下游断面,水流存在上下反向的螺旋流,此时河道流向类似于弯道水流,易造成左淤右冲的现象,使得河床泥沙分布不均。环流轴(v=0)沿程在逐渐倾斜。在过流断面恢复之前,w流速在环流轴附近取得峰值。小流量时堆积体对三维流速影响最大,堆积体进占比和侧向坡度对纵向流速横向分布影响相似,对横向流速和垂向流速影响略有差异。(2)分析了测区水流紊动能的变化规律。在堆积体上游,紊动能最小。在堆积体河段紊动能开始增强。强紊动区在距堆积体相对距离为0~2。在下游,水流紊动能开始减小,但其值仍大于堆积体上游紊动能。随着水深的增加,紊动能在增大,强紊动区由在堆积体下游回流区的左岸变为右岸。随着流量的增加,紊动能呈先增强后减弱。强紊动区的范围随着流量的增加在增大,且在向下游移动。随着堆积体进占比和侧向坡度的增加,水流的强紊动区由在左岸回流区处右移到了堆积体右岸。(3)分析了三维紊动强度在三维方向上的分布规律。三向紊动强度变化:σu′σv′σw′。底层三向紊动强度沿横向分布相似。左、中、右测线沿程分布相似。沿垂向变化上,纵向紊动强度和横向紊动强度表现一致,垂向紊动强度略有差别。上游水流主要受壅水影响,水流紊动较弱,紊动强度沿水深和横向均匀分布。在堆积体河段,堆积体对水流的束窄作用最大,此时水流紊动变强,在水流近底层和表层时紊动强度突增。随着距离堆积体越近,上游水流受堆积体影响产生绕流,水流紊动加强。由于堆积体边界附近发生的卡门涡,使得此时紊动强度增强。距离堆积体越近,水流紊动强度越剧烈。在下游取得紊动强度的最大值,随着距离堆积体越远,紊动强度开始逐渐变小,但数值仍大于上游紊动强度。流量、堆积体进占比和侧向坡度都会对紊动强度三向分布产生影响。其中堆积体进占比和侧向坡度对紊动强度的影响较相似,但进占比的影响大于侧向坡度的影响。
【图文】：

实景,水槽,槽模型,系统介绍

西华大学硕士学位论文验系统介绍概化模型设计试验水槽化水槽模型试验在四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室行。模型试验的水槽长 18m，宽 0.5m，，高 0.42m，水槽底部坡降为 1‰。部采用水泥光滑抹面，两侧为钢化玻璃，横断面为矩形断面，试验水槽实所示。

示意图,堆积体,模型参数,示意图

水泵地下蓄水池压波板卵石挡板水流流向地面高程图 2.2 水槽供水系统示意图Fig. 2.2 The layout diagram of the water supply system积体模型参数的确定究只考虑堆积体正交的情况，将堆积体概化为上下游对称的形型。堆积体模型的参数有顺水流方向长度、堆积体伸入河道的等。由于山区河道河宽相对比较窄，而在其两岸形成的堆积体体流方向长度有可能等于甚至大于河宽，所以本次试验堆积体顺水数值 0.5m。模型实物如图 2.3 所示。
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV133

【参考文献】