主支流直角交匯區(qū)水流泥沙運動特性研究.pdf

1、主支流交匯現(xiàn)象在天然河道中廣泛存在。支流的匯入會造成諸如:匯口上游壅水、匯口下游回流等水力學問題，匯口上游右岸壅水區(qū)及其下游左岸回流分離區(qū)的泥沙淤積、匯口下游河床沖刷等泥沙動力學問題，交匯區(qū)污染物滯留及污染物擴散等環(huán)境水力學問題。由此引起的通航、防洪等一系列河流健康問題均為國內(nèi)外科研人員所關(guān)注。
　　 在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合直角交匯區(qū)水槽試驗數(shù)據(jù)，對直角交匯區(qū)水流及泥沙運動特性進行了系統(tǒng)闡述，并初步探討水頭損失的力學機

2、制。文章具體內(nèi)容圍繞水頭損失分析問題展開，具體成果如下：
　　 (1)通過對主支流直角交匯區(qū)水流泥沙運動特性的綜述將影響直角交匯區(qū)水流泥沙運動特性的因素可歸于三大類：①幾何邊界條件；②水流條件；③泥沙條件。
　　 (2)通過對水槽試驗數(shù)據(jù)采用因素分析方法得出以下結(jié)論：①隨著匯流比的增大，水頭損失增大，局部水頭損失也增大。且局部水頭損失增大的幅度有所增大。②隨著水深比增加幅度的減小，水頭損失增加幅度也減小。但是，局部水頭損

3、失增大幅度增大。
　　 (3)通過對口門斷面主要水力參數(shù)的分析得出以下結(jié)論：①隨著匯流比的增大，有效入?yún)R角δ有逐漸增大的趨勢。在匯流比較小時，有效入?yún)R角δ與入?yún)R角θ的值會有較大的偏差；隨著匯流比的增大，偏差逐漸變小。②隨著匯流比的增大，匯口口門斷面上唇垂線平均流速逐漸減小，下唇垂線平均流速逐漸增大。③隨著匯流比的增大，匯口上唇附近有可能出現(xiàn)一個典型低流速區(qū)。
　　 (4)通過對主回流區(qū)的主要水力參數(shù)的分析得出以下結(jié)論：①

4、主回流區(qū)總體呈現(xiàn)出類橢圓形平面分布，隨著匯流比的增大，回流的平面尺度總體呈增大的趨勢，但存在有極值。②匯口下唇主槽過流斷面存在橫向流速梯度，可能是出現(xiàn)流線非線性變形的原因之一。
　　 (5)綜合以上成果得出有關(guān)水頭損失及相應的力學特征：①匯口上唇對岸位置流體阻滯，動能減小，勢能增大，為能量存儲的主要方式；匯口下唇部分水流脫離主流形成回流，機械能減小，紊動能增大，是能量釋放的主要方式。②直角交匯區(qū)水頭損失的主動力為主支流的重力、慣

5、性力，被動力為固壁與流體間的剪切應力、流層間的剪切應力及主槽橫向壓力。
　　 (6)基于一定的假設(shè)，建立了主支流直角交匯區(qū)局部水頭損失的一般表達式(4-9)，經(jīng)過初步探討，公式形式較為合理。
　　 (7)在對交匯區(qū)局部動量交換特點分析的基礎(chǔ)上，定義有效水力半徑及局地回流形狀系數(shù)，基于阻力單元分割思想，給出直角交匯區(qū)局部剪切應力的計算表達式(5-4)，并得出交匯區(qū)局部剪切應力計算問題可歸結(jié)為河岸阻力及河底阻力權(quán)重因子的變化