液压坝群对变曲率河道水力特性及冲游的影响研究

发布时间：2020-06-23 10:45

【摘要】：由于人类活动对河流生态系统的过度消耗,河流年径流量持续下降,部分河流已变成“季节河”或“时令河”,有的甚至常年无水。在中小河流核心区修建液压坝群是实现生态修复的重要措施,能够改善这种状况。但液压坝群的修建同时也会对河道水力特性产生较大影响,进而影响河道淤积和冲刷。因此研究液压坝群对河道水力特性及冲淤影响非常必要。本文首先通过在变曲率水槽中设置三道液压坝进行物模试验,基于试验结果分析了液压坝群在四种工况下对水槽中的流速、水位及紊动能等水力特性的影响。其次,基于Delft 3D软件建立了变曲率河道上液压坝群影响的水动力模型与冲淤模型,对试验的四种工况进行数值模拟,通过与试验结果比较验证了水动力模型的可靠性。最后,利用所建立的模型模拟了液压坝塌坝形成局部定床在行洪过程中对变曲率段冲淤的影响,为液压坝群的设计、运行提供参考。主要结论如下:(1)变曲率水槽中无液压坝时,流速最大值并未在近液面处,顺直段流速最大值在距槽底2/5水深处,过渡段及弯曲段的流速最大值出现在距槽底4/5水深处。水槽中加入液压坝群,各液压坝上游纵向流速沿水深方向变化很小,流速分布均匀,而各坝下游流速沿水深分布及大小差异较大,流速最大值的出现位置都不同,且三座液压坝下游处流速最大值均为负值,即出现回流;在液压坝运行的各种工况下,紊动能沿水深方向减小,水槽中加入液压坝会减小其紊动能;水槽中液压坝竖起的越多,最后一道液压坝的上下游水位差越大。(2)Delft3D对各工况下的水位模拟精度都较高,对于流速,无液压坝时的工况模拟值与试验值吻合度高,其他三种工况由于液压坝的存在,且模型仅考虑了液压坝引起的能量损失,并未考虑其引起的水流结构的变化,因此模型对平均流速模拟效果较好而对点流速模拟精度较差。(3)无液压坝时,变曲率段凸岸纵向流速较凹岸大很多,在凸岸弯顶的上游处河床冲刷,在凸岸弯顶下游处存在局部低流速区,因而此处床面最早出现淤积,形成边滩。凹岸弯顶的上下游与凸岸相反,上游先淤积,下游冲刷。水槽中加入液压坝且塌坝后,液压坝坝面连同液压坝基底及防冲措施形成局部定床。与无坝情况下相比,液压坝处及其上游淤积,下游冲刷,对弯曲段冲淤无明显影响。但适当增加液压坝底座基底高程可减小坝下游冲刷长度,且能减小弯曲段的冲刷深度和淤积厚度。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV135.2

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本文编号：2727212