天然河道垂线流速分布类型及其影响因素初探

摘要

天然河道中的水流均为非恒定流，当前，河道非恒定问题日益突出。由于明渠非恒定流本身较为复杂，对明渠非恒定流的很多特性方面的研究一直未能有较大的突破。研究天然河道的垂线流速分布类型及其影响因素。
　　对正确的掌握流速垂线分布规律及天然河流河床演变、水利学科的发展以及港口、航运及城市防洪等实际问题的解决，都有重要的理论和工程意义。
　　为探讨天然河道的垂线流速分布类型，本文以室内ADV清水试验和长江螃蟹碛至冰盘碛水道实测资料为基础，分别研究其流速分布形态，对比找出主要影响因素。采用不同的计算公式对研究河段的推移质输沙率进行计算。通过对垂线流速分布和推移质输沙率、地形坡降和流量的关系探讨，进一步明确天然河道垂线分布的类型及其影响因素，得到主要研究结论如下:
　　(1)通过室内ADV清水水槽试验，在没有外界因素的干扰下，清水非恒定流流速剖面为常规的“上大下小”型，其流速分布满足传统的对数分布。
　　(2)以长江螃蟹碛至冰盘碛水道为研究对象，基于大量实测流速资料，天然河流的非常规流速分布可归纳总结为7种类型，分别为“3”型、“C”型、“1”型、“S”型、“7”型、“反S”型和“反C”型。
　　(3)初步分析认为“7”型垂线流速多出现在地形陡升处。“1”型垂线流速多出现在河床洼地的中心处。“C”型垂线流速常出现于河道沿水流方向缩窄、洪峰陡涨以及挖槽和港池的出口等处。“反C”型垂线流速常出现在雍水水库的回水末端、河道沿水流方向展宽、河道洪水陡落、挖槽和港池进口等处。“S”型与“反S”型垂线流速多出现于河道近岸的有植被地带。
　　(4)研究河段垂线流速分布形态绝大多数呈“3”形分布，此流速分布模式多出现在地形较平坦的河道主流区，由于长江河道宽阔，河道主流区流速不受两岸边壁及植被影响，初步分析认为天然河道水流的紊动性为该种分布模式形成的主要原因。
　　(5)在垂线平均、最大流速和推移质输沙率的内在关系分析得出，研究河段垂线平均、最大流速和推移质输沙率变化情况具有良好的一致性，二者成严格的线性关系。
　　(6)在垂线平均、最大流速和地形坡降的内在关系分析得出，研究河段垂线平均、最大流速和地形纵、横坡降变化情况具有较好的一致性。垂线平均流速与地形纵坡降成严格的二次函数关系，与地形横坡降的相关性较差。
　　(7)分别将不同流量情况下的垂线平均流速和垂线最大流速进行对比分析可知，垂线平均流速和垂线最大流速均随着流量的增加而增大。各断面测点平均流速和最大流速增幅不一，初步分析认为，这是由于各断面形状不一以及各断面上下游地形变化导致。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 研究现状

1．2．1 明渠非恒定流

1．2．2 推移质泥沙运动

1．2．3 垂线流速分布

1．3 研究意义

1．4 本文研究的技术路线及主要工作

1．4．1 本文研究的技术路线

1．4．2 本文的主要工作

第二章 室内ADV清水试验

2．1 ADV系统基本原理

2．2 试验装置介绍

2．2．1 明渠水槽模型

2．2．2 水位、流量控制及测速系统

2．3 实验工况

2．4 实验数据处理

2．5 本章小结

3．1 概述

3．2 河道概况

3．3 水文泥沙特征

3．3．1 朱沱水文站

3．3．2 富顺水文站

3．4 研究河段断面及测点布置

3．5 非常规垂线流速分布的分类

3．6 实测垂线流速分布类型分析

3．7 本章小结

第四章 垂线流速分布影响因素分析

4．1 概述

4．2 推移质输沙率

4．2．1 输沙率与平均流速的关系探讨

4．2．2 输沙率与最大流速的关系探讨

4．3 地形坡降

4．3．1 地形坡降与平均流速的关系探讨

4．3．2 地形坡降与最大流速的关系探讨

4．4 流量

4．4．1 流量与平均流速的关系探讨

4．4．2 流量与最大流速的关系探讨

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

4．1 结论

4．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果