库区急滩整治措施-潜坝群水流特性研究

摘要

长江作为水运交通的第一大交通要道，是连接西南、华中、华东三大经济区的重要纽带，维护其航道稳定以及船舶航行的安全是国家重点关注的问题。长江三峡—葛洲坝两坝间河段是长江干线航道的重要组成部分，河段间水流流态紊乱，河势险峻，水流湍急，多处滩险集浅、险、急的特点，不利于船舶航行以及航道运输业的发展。从当前的研究成果看出，传统库区急滩整治手段效果不理想，因此，本文提出采用“群潜坝成缓”的方法进行库区急滩整治，对丰富两坝间航道整治的手段，提高水运效益等具有重要意义。
　　本文采用Smagorinsky亚格子紊流模型、概化水槽试验，对潜坝周围水流特性进行试验和分析，研究了单潜坝、群潜坝坝后缓流区宽度的影响因素，得到以下主要结论:
　　(1)潜坝对水流产生阻挡作用，在坝后形成明显的缓流区，船舶可借助缓流区自航上滩。坝后缓流区的范围大小，与潜坝坝体形态、水流特性密切相关。
　　(2)通过大量的单潜坝水槽试验和三维数值模拟分析，发现潜坝淹没度、束窄率是坝后缓流区宽度的主要影响因素，而水流傅汝德数对缓流区宽度的影响不明显;缓流区宽度与淹没度呈负指数关系，与束窄率则呈正线性关系。坝后流速减小率随潜坝淹没度增加而减少，随束窄率的增加而减少，小傅汝德数时坝后流速减小率相差不大，大傅汝德数时坝后流速减小明显。据此初步建立了缓流区宽度与淹没度、束窄率、距坝位置等的关系式。
　　(3)通过单因素分析，总结了潜坝坝项溢流比与淹没程度和束窄率的关系，得到了坝项溢流比与淹没程度和束窄率的初步关系式。
　　(4)经单坝、双坝和三坝试验和数值分析，发现第一条潜坝的缓流区宽度并不随潜坝数量、间距的变化而改变，但对缓流区内流速减小率影响明显;研究表明，当潜坝间距为3～6倍潜坝坝长时，潜坝附近表面水流状态最稳定。
　　(5)潜坝下游再增设潜坝后，上下游水位差有所减小，但在潜坝间距为3～6倍坝长时上下游水位差最小;当同间距布置三条潜坝时，首坝上游水位壅高大于双潜坝情况，而坝后最大跌水相差不大。

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 库区急滩整治

1．2．2 潜坝在航道整治中的应用

1．2．3 潜坝周围水流特性

1．3 研究主要工作、技术路线及章节安排

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 论文的技术路线

1．3．3 章节安排

第二章 概化模型实验

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 潜坝形态

2．5 试验工况

2．6 基本参数拟定

2．6．1 测针常数的确定

2．6．2 水槽糙率的确定

2．7 本章小结

第三章 数学模型的建立及验证

3．1 水流数学模型的建立

3．1．1 控制方程

3．1．2 紊流模型

3．2 模型的建立

3．2．1 模型初始条件及边界条件

3．2．2 网格设置

3．3 模型的验证

3．3．1 流速分布验证

3．3．2 沿程水位验证

第四章 潜坝对流场影响的研究

4．1 缓流区宽度概化定义

4．2 单潜坝影响区域潜坝附近流场

4．2．1 研究工况

4．2．2 淹没程度对潜坝附近流场的影响

4．2．3 束窄率对潜坝附近流场的影响

4．2．4 傅汝德数对潜坝附近流场的影响

4．2．5 单潜坝坝后缓流区宽度分析

4．3 群潜坝影响区域潜坝附近流场

4．3．1 研究工况

4．3．2 缓流区宽度研究

4．4 本章小结

第五章 潜坝对水面影响的研究

5．1 单潜坝对自由水面的影响

5．1．1 研究工况

5．1．2 自由水面影响分析

5．1．3 单潜坝坝顶溢流比

5．2 群潜坝对自由水面的影响

5．2．1 研究工况

5．2．2 群潜坝壅水试验结果

5．3 本章小结

第六章 潜坝群整治库区急滩在实际工程中的应用

6．1 工程概况

6．2 综合上滩指标

6．2．1 船舶推力

6．2．2 航行阻力

6．2．3 综合上滩指标

6．3 模型的验证

6．3．1 水位验证

6．3．2 流速验证

6．4 群潜坝急滩整治数模计算

6．4．1 研究工况选取

6．4．2 计算成果

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