水力坡度对淹没单丁坝近区水流结构的影响.pdf

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1、第2期水利水运工程学报No．22017年4月HYDRO-SCIENCEANDENGINEERINGApr。2017DOI：10．16198／j．enki．1009—640X．2017．02．010顾杰，郑宇华．水力坡度对淹没单丁坝近区水流结构的影响[J]．水利水运工程学报，2017(2)：75-81．(GUJie，ZHENGYuhua．Influencesofdifferenthydraulicgradientsonflowstructuresnearsubmergedspurdike[J]．Hydro—Sci

2、enceandEngineering，2017(2)：75-81．(inChinese))水力坡度对淹没单丁坝近区水流结构的影响顾杰，郑宇华(上海海洋大学海洋科学学院，上海201306)摘要：采用超声波水位和PIV流速测量技术，在U形水槽中试验研究了不同水力坡度下淹没单丁坝对水流的影响。同一水力坡度，丁坝上游横比降沿程逐渐增大，丁坝下游横比降沿程逐渐减小。不同水力坡度，随着水力坡度的增大：①丁坝附近的水位、横比降、淹没程度和丁坝迎水面与背水面的水位差逐渐减小；②丁坝上游最高水位位置向下移动，丁坝下游水位恢复点位

3、置向上移动；③断面平均流速及最大流速逐渐增大，但最大流速出现的位置基本不变；④漩涡流速分布较相似，但漩涡强度增加，坝后漩涡中心逐渐向下游对岸移动。当水槽坡度为一1％t，-1％o时，淹没丁坝对丁坝上方5em处的剖面水流影响较小；当水槽坡度为2％0时，淹没丁坝对丁坝上方5cm处的剖面水流影响较大；当水槽坡度为1‰一2％o时，淹没丁坝对水流结构的影响可能存在1个临界变化点。研究结果有助于对河床演变及海岸工程等复杂水环境问题的深入探索。关键词：水力坡度；淹没单丁坝；水流结构中图分类号：TV863文献标志码：A文章编号：

4、1009-640X(2017)02—0075—07天然河道总是处在不断地冲淤变化过程中，水流冲刷河床，使河床变形，河床的变形又促使水流结构发生变化。在河流上修建水工建筑物，对河床演变将会产生较大影响。而丁坝作为水工建筑物广泛应用于航道整治及护岸工程中，由于它改变了原有的河床过水断面形态，引起周围水流结构改变，并导致河床重新调整。早在20世纪50年代初，国外已经开始对丁坝绕流问题进行了理论和试验研究¨1。近年来，随试验手段和仪器设备的不断发展和更新，众多学者利用水槽及河工模型对丁坝展开了试验研究。Jennifer

5、等旧1通过水槽试验分析了丁坝附近流态紊动猝发特

6、生。陈国祥等∞1在水槽中进行了丁坝壅水试验，发现丁坝上游最大壅水断面的平均水位壅高值随流量压缩比和弗劳德数的增大而增大。陆永军等H1利用水槽试验结果，根据丁坝近区段流速分布呈自相似性对恢复区近段的流场进行了分析计算，推导出恢复区近段的流速分布式。应强等‘51利用水槽试验对淹没丁坝附近的水流现象进行了定性描述，并导出淹没丁坝下游主流区流速变化公式。张华庆等∽1利用水槽试验发现靠近丁坝侧区域横向流速较小，且表层横向流速大于底层；而随着与丁坝距离的增加，下游横向流速有所

7、增大，且底层横向流速逐渐大于表层。Kuhnle等"o在水槽中采用Doppler流速仪测量了淹没梯型丁坝周围流速分布，结果显示在丁坝侧，底层纵向流速经过丁坝后明显减小，且在坝头处出现逆向的分离区；表层纵向流速近丁坝时减小，过坝顶时增加，过坝顶后再减小。黑鹏飞¨。在矩形水槽中采用3D—PDA技术测量了丁坝下游水流的时均流场，并对其进行分区分析，发现丁坝下游不同流区纵向流速的垂向梯度均有所减小，但随着与丁坝距离的增加，流态逐渐恢复到无丁坝状态。李志勤等归。1刨通过水槽试验和数值模拟对淹没丁坝绕流的水力特性进行了研究，

8、发现在丁坝上游，水位自丁坝侧向对岸减小，且距丁坝一定距离的上游自由水面沿水流方向的纵向坡降较小。周宜林[1u结合水槽试验和大涡数值模拟研究了上挑、正挑和下挑3种淹没丁收稿日期：2016—06—30基金项目：国家重点基础研究发展计划项目(2012CB957704)作者简介：顾杰(1961一)，男，江苏兴化人，教授，博士，主要从事水文、海岸工程和环境工程方面研究。E-mail：jgu@shou．edu．cn通信作者：郑宇华(E-mail：yuvaz@sina．eom)76水利水运工程学报2017年4月坝近区水流特性

9、，发现自附着点开始往下游丁坝一侧的水流流速逐渐增大。于守兵。1引结合水槽试验和三维数学模型，研究了淹没丁坝对水流结构的调整作用，发现坝顶以上和坝头附近的横向流速随着淹没程度AH／H的增加而减小，并推导出横向水流影响范围与AH／H的经验关系式。李冰冻等‘13。利用水槽试验和数值模拟技术对淹没单丁坝附近的水位和流速进行了研究分析，发现丁坝对水流的影响集中在丁坝上下游一个较小区域，且横向上存