库区大水深条件下粉砂输移的试验模拟技术研究

发布时间：2017-09-17 05:36

  本文关键词：库区大水深条件下粉砂输移的试验模拟技术研究

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【摘要】：三峡水库蓄水以来,淤积泥沙有90%左右分布在常年回水区,极大部分为中值粒径0.01mm的粉砂。泥沙淤积严重的河段主要是梅溪河口、黄花城、兰竹坝、凤尾坝、土脑子等,其中黄花城河道出现了航槽易位,上下行船舶航线的通视性差,存在严重的安全隐患。为保证长江干线高等级航道的畅通的要求,建设高等级航道,常年回水区泥沙淤积问题亟待解决。但现阶段缺乏针对库区粉砂输移的成熟的模拟技术,因此本文针对库区大水深条件下粉砂输移模拟关键技术进行研究。本文通过原型观测发现三峡常年库区航道泥沙输移规律及冲淤特点,并研究分析了库区粉砂输移模拟试验的相似条件。主要内容概要如下:1、常年库区河道存在粉砂絮凝沉降,且床沙起动受水深影响,用原有的挟沙力来进行泥沙的输移判别不再适用。研究发现了淤泥质粉砂的冲刷区、输移区和淤积区,依此判别泥沙冲淤规律,并据此修正了三峡库区航道的泥沙运动和河床变形方程,为后续的物理模型设计奠定理论基础。2、根据现有起动流速公式难以确定粉砂输移的流速比尺,提出使用原型和水槽实测的泥沙起动流速确定流速比尺;鉴于尚无成熟的相似理论确定絮凝沉降比尺和粉砂起动比尺,采用原型沙作为试验用沙,此时絮凝沉降比尺和粉砂起动比尺为1;根据修正后的河床变形方程推演得到λZλγ=λSλH,认为泥沙冲淤时间比尺不能由河床变形方程确定,泥沙冲淤时间比尺应与水流时间比尺一致;为了保证泥沙冲淤相似,需根据模型河床冲淤演变相似性调整流速比尺。3、为了验证提出的相似比尺,针对库区急弯放宽分汊河道进行模型创新设计,并开展流速比尺的比选试验,最终确定流速比尺为5。开展的长序列冲淤验证试验显示模型的流速分布、流态特征、淤积部位和淤积厚度与原型的相似度较高。证明基于原型沙的库区河道模型粉砂输移模拟技术是可行的,具有创新性和实用性。
【关键词】：库区河道 急弯放宽分汊 粉砂 絮凝 相似条件 动比尺
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV149
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 研究意义11-12
• 1.2 悬移质模型试验相似条件12-16
• 1.3 细颗粒泥沙输移特性16-19
• 1.3.1 起动特性16-17
• 1.3.2 沉降特性17-18
• 1.3.3 输移流速带18-19
• 1.4 三峡水库泥沙淤积特点19-22
• 1.4.1 库区年际淤积量19-20
• 1.4.2 库区年内冲淤特点20-21
• 1.4.3 沿程淤积分布特点21-22
• 1.5 存在的问题和研究内容22-23
• 1.5.1 存在的问题22
• 1.5.2 研究内容22-23
• 第二章 库区河道泥沙输移规律23-35
• 2.1 原型观测23-24
• 2.2 库区泥沙输移规律24-30
• 2.2.1 粉砂絮凝沉降24-28
• 2.2.2 输移流速带28-30
• 2.3 库区航道泥沙运动方程30-34
• 2.3.1 泥沙运动方程30-32
• 2.3.2 河床变形方程32
• 2.3.3 方程参数32-34
• 2.4 三峡库区泥沙输移规律的认识34-35
• 第三章 库区河道模型的相似条件及设计35-50
• 3.1 库区物理模型常规设计35-42
• 3.1.1 水流运动相似条件35-37
• 3.1.1.1 重力相似35-36
• 3.1.1.2 雷诺应力相似36
• 3.1.1.3 紊动阻力相似36-37
• 3.1.2 泥沙运动相似条件37-40
• 3.1.2.1 河床冲刷相似37
• 3.1.2.2 悬移质扩散相似37-39
• 3.1.2.3 水流挟沙力相似39
• 3.1.2.4 河床冲淤变形相似39-40
• 3.1.3 悬移质模型设计步骤40-41
• 3.1.3.1 确定模型几何比尺40
• 3.1.3.2 模型沙的选取40-41
• 3.1.3.3 比尺的确定41
• 3.1.4 常规设计存在的问题41-42
• 3.2 库区粉砂输移模型创新设计42-47
• 3.2.1 模型沙类型的选取42-43
• 3.2.2 絮凝沉降比尺的确定43-44
• 3.2.3 粘性泥沙起动流速比尺的确定44-45
• 3.2.4 河床变形相似条件45-46
• 3.2.5 创新设计步骤46-47
• 3.3 库区急弯放宽分汊河道模型设计47-49
• 3.4 小结49-50
• 第四章 库区急弯放宽分汊粉砂输移河道的模型制作与相似条件验证50-82
• 4.1 黄花城河道物理模型制作50-58
• 4.1.1 模型范围50-51
• 4.1.2 模型制作51-52
• 4.1.3 附属设施及仪器52-58
• 4.2 流速比尺的比选试验58-64
• 4.2.1 原始地形数据58-59
• 4.2.2 比尺试验（λV=2.5）59-61
• 4.2.3 比尺试验（λV=3.5）61-63
• 4.2.4 比尺试验（λV=5）63-64
• 4.2.5 流速比尺的确定64
• 4.3 水流条件验证64-67
• 4.3.1 验证资料64-65
• 4.3.2 水位验证65
• 4.3.3 流速验证65-67
• 4.4 长时间系列河床冲淤验证67-75
• 4.4.1 水沙控制条件67-69
• 4.4.2 横断面冲淤形态分析69-73
• 4.4.3 平面冲淤形态分析73-75
• 4.4.4 冲淤相似性分析75
• 4.5 典型流量水位下河床冲淤验证75-80
• 4.5.1 水沙控制条件75-76
• 4.5.2 横断面冲淤相似性分析76-79
• 4.5.3 平面冲淤形态分析79-80
• 4.5.4 冲淤相似性分析80
• 4.6 对细颗粒粉砂模型试验模拟技术的认识80-82
• 第五章 结论与展望82-84
• 5.1 结论82-83
• 5.2 展望83-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-88
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与科研情况88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 张庆河,王殿志,吴永胜,练继建,赵子丹;粘性泥沙絮凝现象研究述评(1):絮凝机理与絮团特性[J];海洋通报;2001年06期

2 窦国仁;;全沙模型相似律及设计实例[J];水利水运科技情报;1977年03期

3 杨铁笙,熊祥忠,詹秀玲,杨美卿;粘性细颗粒泥沙絮凝研究概述[J];水利水运工程学报;2003年02期

4 张金凤;张庆河;乔光全;;水体紊动对黏性泥沙絮凝影响研究[J];水利学报;2013年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 乌文柏;基于数据挖掘技术的黄土高原降雨侵蚀预测模型的研究[D];长安大学;2007年

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本文编号：867576