河宽缩窄率对局部冲刷影响的数值模拟研究

摘要

丁坝是一种兼有导流、护岸、调整水深和营造局部冲淤等功能的水工建筑物,在河道整治过程中应用极为广泛,丁坝附近的流态和冲刷情况对于丁坝的安全及功效发挥具有重要的意义.本文对非淹没丁坝流场及局部冲刷做三维数值模拟研究,采用FLOW-3D软件,选取RNG k-ε湍流模型,结合壁面函数法和VOF方法处理边界和自由面,河床变形和冲刷形态变化则采用床面变形模型和以希尔兹数为主要变量的泥沙输移模型,通过对计算结果与实验资料做对比分析,发现两者吻合较好.同时对不同河宽缩窄率(河宽与丁坝长度之差与河宽的比值)情况下,坝头冲刷深度的变化情况做对比研究,分析了流场和冲刷变化过程,发现冲刷主要阶段持续时间较短,约占总时间的10％,其后大部分时间的冲刷深度变化不大,直至达到平衡,而且冲刷深度、长度、宽度都是随着河宽缩窄率的增大而减小,变化趋势基本相同.选择合适的河宽缩窄率,不但可以有效发挥丁坝的导流作用,而且可以使局部冲刷控制在合理的范围内,达到最佳的效果.研究结果可以为工程实际提供参考.