长江上游典型浅滩束水丁坝影响幅度研究

摘要

航道整治是提高内河航道等级、改善通航条件投资省、见效快的主要方法，束水丁坝是浅滩整治中最常见的整治建筑物。目前，对丁坝断面上游河段的水位雍高区域及下游回水区域影响幅度研究较多，主要集中在平面区域，而对丁坝影响的水位、流量等垂向幅度还没有得到很好研究。因此，开展束水丁坝在垂向上的影响幅度研究意义重大。
　　本文采用二维水流数学模型、概化水槽试验，开展不同类型实际典型浅滩整治中丁坝的影响幅度进行研究。通过对丁坝周围水流特性进行分析和试验，研究了丁坝几何尺寸对流量影响幅度的变化规律，得到如下主要成果与结论:
　　(1)对于水槽束水丁坝:丁坝对流速变化率a影响的极大值流量会随着丁坝尺寸的变化而改变，不一定出现在丁坝刚好淹没所对应的流量，即整治流量，有可能会出现在更大的流量级。流速变化率a最大值主要出现在坝上水深超高0-2cm，流量Q=(50，100)L/s区间范围内。
　　(2)随着水槽流量增大，收缩断面下移，流速变化率a减小，最大影响区域约在丁坝下游0-100cm之间。流速变化率a最大值出现对应的流量与坝长无明显相关性，而a最大值出现对应的流量和坝高h呈正相关;坝高h一定时，最大影响流量基本固定。定义了最大影响线，流量越大，最大影响线会向下游移动;丁坝的几何尺寸对最大影响线无明显影响。通过对半衰减流量Qbm与坝高h和坝长b的单因素分析的结果进行拟合，建立了矩形水槽束水丁坝半衰减流量Qbm与丁坝几何尺寸的经验关系式，验证吻合较好。
　　(3)对三类典型实际浅滩控制单因素坝顶高程和坝长对来流量Q的影响幅度进行研究，控制单因素坝顶高程h和坝长b对来流量Q的影响幅度分析，确定了相应浅滩束水丁坝最大影响流量和最大影响超高范围。得出流速变化率a与来流量的关系、流速变化率最大值amax与丁坝高程和长度的关系、相应束水丁坝影响流量幅度与丁坝几何尺寸及来流条件的经验关系式，验证效果基本令人满意。
　　(4)分别对顺直、弯曲和汊道浅滩拟定的工况进行数模流场计算，综合上滩指标显示船舶能够自航上滩，并依据已得经验公式算出影响流量幅度，结合实际滩险成因分析，推荐了丁坝几何尺寸。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 丁坝研究方法

1．2．2 丁坝对水流的影响范围研究

1．3 研究主要工作、技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 论文的技术路线

第二章 概化水槽试验与数模建立及验证

2．1 试验设备

2．2 试验仪器

2．2．1 光电流速仪

2．2．2 水位测针

2．3 实验操作

2．3．1 施测点的确定

2．3．2 操作流程

2．4 基本参数拟定

2．4．1 测针常数的确定

2．4．2 水槽糙率的确定

2．5 数学模型的建立及验证

2．5．1 水流数学模型的建立

2．5．2 紊流模型

2．5．3 模型的建立

2．5．4 网格设置

2．6 模型的验证

2．6．1 流速分布验证

2．6．2 沿程水位验证

第三章 水槽束水丁坝影响幅度研究

3．1 数模计算

3．2 计算结果分析

3．2．1 流速变化率α与来流条件关系研究

3．2．2 丁坝影响幅度与坝顶高程h关系研究

3．2．3 丁坝影响幅度与坝长b关系研究

3．2．4 半衰减流量Qbm与丁坝几何尺寸的关系

3．3．1 综合公式

3．3．2 公式验证

3．4 本章小结

第四章 顺直浅滩束水丁坝影响幅度研究

4．1 工程概况

4．1．2 滩险成因

4．2 数学模型的建立与验证

4．2．1 初始条件

4．2．2 边界条件

4．2．3 模型的验证

4．3．1 数模计算

4．3．2 计算结果分析

4．3．3 王爷庙顺直浅滩经验综合公式

4．4 王爷庙浅滩丁坝尺寸推荐

4．4．1 综合上滩指标

4．4．2 方案选取

4．4．3 计算成果

4．5 本章小结

第五章 弯曲浅滩束水丁坝影响幅度研究

5．1 工程概况

5．1．1 滩险概况

5．1．2 滩险成因

5．2 数学模型的建立与验证

5．2．1 数学模型的建立

5．2．2 模型的验证

5．3 鸡冠滩束水丁坝影响幅度研究

5．3．1 数模计算

5．3．2 计算结果分析

5．3．3 鸡冠滩弯曲浅滩经验综合公式

5．4 鸡冠滩丁坝尺寸推荐

5．4．1 方案选取

5．4．2 计算成果

5．5 本章小结

第六章 汊道浅滩束水丁坝影响幅度研究

6．1 工程概况

6．1．1 滩险概况

6．1．2 滩险成因

6．2 数学模型的建立与验证

6．2．1 模型的建立

6．2．2 模型的验证

6．3 红花碛滩束水丁坝影响幅度研究

6．3．1 数模计算

6．3．2 计算结果分析

6．3．3 红花碛汊道浅滩束水丁坝关系经验公式

6．4 红花碛滩丁坝尺寸推荐

6．5 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 研究结论

7．2 展望

致谢

参考文献

在校期间发表的论著及参与的科研项目