灤河遷西縣城段彎道水沙物理模型設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究.pdf

1、彎道是天然河流的重要組成因素，在山區(qū)和平原區(qū)特別是沖擊平原的河道上廣泛存在。彎道水流受重力和離心慣性力的雙重作用，水流和泥沙運(yùn)動(dòng)情況與順直河段不同，水流結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜；同時(shí)彎道凹岸處受水流的頂沖作用，往往存在退岸、塌岸的危險(xiǎn)，是河道整治工程中的重點(diǎn)對(duì)象。因此，研究彎道水流泥沙運(yùn)動(dòng)特性，既有理論價(jià)值，又有現(xiàn)實(shí)意義。 灤河遷西縣城段為一“U”型彎道，在彎道處存在河心島，目前防洪能力不足10年一遇洪水。規(guī)劃工程保留河心島進(jìn)行生態(tài)建設(shè)，并

2、在彎道進(jìn)口、出口處修建兩座溢流堰進(jìn)行調(diào)坡，水流經(jīng)過時(shí)不但受到彎道的控制還要受到河心島和水工建筑物的影響，使得此河段與一般彎道相比更加復(fù)雜。 河工物理模型可以在一定的空間與時(shí)間范圍內(nèi)，重演天然河流的演變過程，或預(yù)報(bào)修建工程后的發(fā)展趨勢(shì)，是解決三維性較強(qiáng)問題或試驗(yàn)范圍內(nèi)有水工建筑物的情況下不可替代的方法，一直以來受到水利界工作者的普遍重視。本文結(jié)合灤河遷西縣城段彎道整治工程，對(duì)物理模型設(shè)計(jì)和彎道水沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了研究，取得了下列成果

3、： (1)在模型設(shè)計(jì)過程中：對(duì)原型河道水文、泥沙資料進(jìn)行了分析，抓住問題的實(shí)質(zhì)，合理地選擇模型相似律；對(duì)本文研究的復(fù)雜彎道，嘗試性的選擇模型變率為2.4，通過模型的驗(yàn)證及試驗(yàn)結(jié)果的合理性可知，變態(tài)的影響有限，可以滿足試驗(yàn)要求；通過對(duì)各種模型沙的比較，選擇天然沙作為模型沙，即經(jīng)濟(jì)合理又避免了采用輕質(zhì)沙帶來的一系列問題。 (2)通過對(duì)不同流量條件下彎道水流特性的研究得出：彎道水面最大橫比降出現(xiàn)在彎項(xiàng)附近，隨著流量增大變大，并

4、且發(fā)生的位置向上游移動(dòng)；最大流速在彎道范圍內(nèi)的凹岸，隨著流量的增大而增大，并且發(fā)生的位置向下游移動(dòng)。 (3)棲鳳島的存在對(duì)彎道水流有壅高和分流的作用，小流量時(shí)島的影響明顯，橫向水面線呈中間高兩端低的馬鞍型，大流量時(shí)島的影響減弱，橫向水面線為凹岸緩，凸岸陡的傾斜線。島兩側(cè)分流比不隨流量的變化而變化。 (4)通過對(duì)不同流量條件下彎道泥沙沖淤規(guī)律的研究得出：彎道進(jìn)口處，水流轉(zhuǎn)彎在左側(cè)堰與灘連接處脫離主槽壁產(chǎn)生紊動(dòng)，隨著流量的增