勾頭對丁壩附近水流及船舶影響分析.pdf

1、在航道整治和防洪治河工程中，勾頭丁壩作為整治建筑物被廣泛采用。以往關(guān)于勾頭丁壩的研究多注重于壩后回流區(qū)及壩頭沖刷等方面，而關(guān)于其對通航條件的影響少有研究。針對不同勾頭長度的丁壩，分析研究丁壩周圍水流特性變化及其附近船舶受力的特性，可為航道整治設(shè)計及船舶航行操作等提供科學(xué)依據(jù)，對強化水運交通安全管理，提高水運效益等具有重要意義。
　　運用RNGk-ε紊流模型、小比尺船舶模型試驗，對丁壩周圍水流特性及船舶行經(jīng)丁壩時的受力特性進行分析和

2、試驗，研究勾頭對丁壩附近通航條件的影響。得到以下主要結(jié)論：
　　(1)丁壩在增加勾頭后，大流速向壩頭區(qū)集中，遠離壩頭區(qū)域流速減小，為船舶安全航行提供了更有利的條件。
　　(2)勾頭具有導(dǎo)順?biāo)?，加快橫流衰減速率，減小橫流的效果。若以橫向流速超過0.3m/s區(qū)域為不安全區(qū)域。當(dāng)勾頭長度分別為1/3壩長、2/3壩長和1倍壩長時，壩軸橫斷方向橫流速度衰減至0.3m/s的位置距壩頭距離分別縮短了8.5％、11.9％和17.8％，壩軸

3、后方橫向流速超過0.3m/s的區(qū)域面積分別減小了14.8％、27.8％和39.7％。
　　(3)丁壩增加勾頭后，上下游最大水位差隨勾頭長度的增加而減小。當(dāng)勾頭長度L達到壩長D時，上下游最大水位差可減小12.2％，可為船舶航行提供有利條件。
　　(4)船舶在經(jīng)過丁壩時橫向受力會出現(xiàn)兩次正向（推力）峰值和一次負(fù)向（吸力）峰值，且第一次正向（推力）峰值遠大于第二次。第一次正向（推力）峰值出現(xiàn)的位置在船頭移動至丁壩上游0.06～0.

4、17倍船長范圍，橫向距壩頭越近峰值越大。第一次負(fù)向（吸力）峰值出現(xiàn)的位置為船體中心位于丁壩下游0.11～0.44倍船長處，船體距壩頭越遠極值出現(xiàn)得越晚，其受力變化也越平緩。第一次正向（推力）峰值與第一次負(fù)向（吸力）峰值的大小與流速的冪呈正比。船體橫向距丁壩越近，其橫向受力變化得越迅速，對船舶安全航行越不利。
　　(5)丁壩在增加勾頭后，船舶在經(jīng)過有勾頭丁壩時的橫向受力變化規(guī)律與無勾頭丁壩時相似，但峰值大小不同。勾頭可以起到減小正向

5、（推力）峰值的作用，但船舶也會因處在橫向距壩頭較近的位置而受到勾頭岸壁效應(yīng)影響導(dǎo)致負(fù)向（吸力）峰值增大。勾頭長度一定時，其對船舶產(chǎn)生的岸壁效應(yīng)是有一定范圍的，當(dāng)超過這一范圍，船舶將不會受到勾頭產(chǎn)生岸壁效應(yīng)的作用。當(dāng)勾頭長度為1/3壩長時，其對船舶產(chǎn)生岸壁效應(yīng)的影響范圍在橫斷方向?qū)⒉粫^1/3壩長。
　　(6)船舶在水流中的縱向受力體現(xiàn)了船舶在經(jīng)過丁壩時的阻力變化情況。當(dāng)船舶中心位于丁壩下游0.06～0.28倍船長范圍，縱向力極值