丁壩附近水沙運(yùn)動(dòng)及局部沖刷的數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究.pdf

1、丁壩是一種兼有導(dǎo)流、護(hù)岸、調(diào)整水深和營(yíng)造局部沖淤等眾多功能的水工建筑物，被廣泛用于河道整治工程。有關(guān)丁壩沖刷機(jī)理、回流區(qū)范圍，水流結(jié)構(gòu)，沖坑范圍及深度、影響因素等問(wèn)題的研究尚無(wú)成熟的結(jié)論。傳統(tǒng)上研究丁壩的手段主要有模型試驗(yàn)，原型觀測(cè)，近年來(lái)對(duì)丁壩的數(shù)值模擬也受到重視，但是由于流動(dòng)邊界及水沙運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，涉及丁壩的模擬技術(shù)很不完善。本文在對(duì)近底輸沙模型探討的基礎(chǔ)上，建立了三維水沙數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行了丁壩附近水沙運(yùn)動(dòng)及河床變形的模擬研究，并通過(guò)

2、模型試驗(yàn)對(duì)丁壩附近的河床沖淤規(guī)律進(jìn)行了探索。
　　數(shù)學(xué)模型在平面上采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、垂向采用σ坐標(biāo)系，以適應(yīng)包括天然河道形態(tài)、丁壩、河床地形變化及水面起伏等復(fù)雜流場(chǎng)邊界。模型采用控制體積法離散，靜水步及動(dòng)水步壓力分裂模式分步求解。針對(duì)當(dāng)前近底輸沙率計(jì)算模式中存在的問(wèn)題，采用紊動(dòng)動(dòng)能作為變量，基于能量平衡、近底水層積分等思想，提出了新的近底水流挾沙力計(jì)算公式，基于它建立了新的三維泥沙計(jì)算模式，并對(duì)公式中的參數(shù)進(jìn)行了率定。分別采用解析解

3、、水槽實(shí)驗(yàn)、天然實(shí)測(cè)資料對(duì)三維水沙數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果符合良好。
　　對(duì)概化平板直立丁壩及梯形剖面丁壩附近水流運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了三維數(shù)值模擬研究，分析了丁壩附近的水位、流速、流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和紊動(dòng)動(dòng)能的分布規(guī)律及壩長(zhǎng)因素的影響。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行丁壩附近泥沙輸運(yùn)及河床變形的模擬，計(jì)算結(jié)果能反映丁壩附近河床沖淤隨著當(dāng)?shù)匚蓜?dòng)強(qiáng)度變化而變化的規(guī)律，與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)一致。
　　以黃河寧夏河段某一設(shè)有丁壩群的靠溜險(xiǎn)工段作為原型河道，設(shè)計(jì)并制作了一座正態(tài)動(dòng)床