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库区急滩整治措施——架空水下平台水流特性研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 滩险主要类型

1.2.2 急滩分类

1.2.3 急滩整治方法及成果

1.2.4 水沙模拟研究手段

1.2.5 库区急滩现状

1.3 研究工作的内容、技术路线及章节安排

1.3.1 研究工作的内容

1.3.2 论文工作技术路线

1.3.3 研究内容及章节安排

第二章 概化模型试验

2.1 试验目的和内容

2.2 试验模型

2.3 试验仪器

2.3.1 光电流速仪

2.3.2 水位测针

2.3.3 薄壁量水堰

2.3.4 水面流态摄影设备

2.4 试验方案

2.4.1 流量的确定

2.4.2 尾水的确定

2.4.3 架空式水下平台参数确定

2.4.4 工况组合

2.5 试验步骤及安排

2.5.1 工程前水流条件的量测

2.5.2 工程后水流条件的量测

2.6 本章小结

第三章 水下平台水流特性研究

3.1 水下平台研究内容

3.2 水下平台对表面流速的影响

3.2.1 平台高度H与εv1、εv2关系

3.2.2 平台宽度b与εv1、εv2关系

3.2.3 流量Q与εv1、εv2的关系

3.2.4 水深H与εv1、εv2的关系

3.2.5 综合分析及公式推导

3.3 水下平台对流速缓流区范围影响

3.4 水下平台对底部流速的影响

3.4.1 底部平均流速的测量

3.4.2 底部平均流速的校核

3.4.3 工程前垂线流速分布计算

3.4.4 工程前后底部平均流速比较

3.5 平台进口比降分析

3.5.1 当前壅高计算公式

3.5.2 平台进口比降分析

3.6 本章小结

第四章 水下平台优化设计

4.1 优化设计初步思路

4.2 思路Ⅰ方案设计

4.2.1 方案1及效果分析

4.2.2 方案2及效果分析

4.3 思路Ⅱ方案设计

4.3.1 圆柱绕流机理

4.3.2 方案3及效果分析

4.4 本章小结

第五章 水下平台整治库区急滩应用研究

5.1 二维水流数学模型的建立

5.1.1 控制方程

5.1.2 边界条件

5.1.3 基本方程数值离散和求解

5.1.4 总体有限元方程的求解

5.2 模型基本资料

5.3 模型的验证

5.4 综合上滩指标

5.4.1 代表船舶基本参数

5.4.2 船舶推力计算方法

5.4.3 船舶航行阻力计算方法

5.4.4 综合上滩指标的计算

5.5 工程前喜滩段水流特性

5.5.1 工程前水面线

5.5.2 工程前上行流速

5.5.3 工程前消滩判数

5.5.4 基本工况确定

5.6 工程方案布置

5.6.1 整治目标

5.6.2 参数确定

5.7 整治效果分析

5.8 工程方案可行性思考

5.8.1 架空式

5.8.2 悬浮式

5.9 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 研究结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢

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摘要

长江作为横贯我国东西的第一大河,是连接西南、华中、华东三大经济区的交通运输大动脉。自上个世纪90年代末开始,长江航运快速复苏,成为我国经济及生产力布局最重要的主轴线。近年来,国家提出依托黄金水道推动长江经济带发展,打造沿线经济圈的战略,对长江航道通航能力也提出了更高的要求。而当前三峡-葛洲坝两坝间(以下简称“两坝间”)的急滩碍航不利于长江航道整体航运条件以及航道等级的提高,阻碍了长江航运能力的充分发挥。结合当前两坝间滩险整治研究来看,传统方案整治效果较差。因此,本文提出了一种新的库区急滩整治思路和方法—架空水下平台开辟库区缓流区。
  本文采用概化水槽试验和数值模拟的技术,对架空水下平台水流特性和工程应用开展了初步研究,主要内容包括:⑴根据两坝间库区急滩资料,结合库区急流滩段的特点,综述传统整治方法整治库区急滩的不足。⑵针对库区深水急流滩段水力特性,完成了架空水下平台概化水槽模型参数的选取,并合理拟定了试验工况组合。⑶通过概化水槽试验,建立了表面流速变化规律εv1、εv2跟减深率εh,束窄率εb及水流条件Fr、平台占据率εA的指数关系式;提出了缓流区宽度L并建立与εh、εb、Fr的关系;根据实测资料,初步分析了底部流速与减深率εh的关系;结合当前壅水计算公式,分析确定了影响进口陡比降的主要因素并建立了进口段局部比降J与关键因子Fr的关系式。⑷根据优化设计思路确定优化方案工况,采用方案比选论证了平台加糙、加桩可提高平台减流效果,平台减流效果提高了10%以上。⑸应用数值模拟手段,采用架空水下平台方案对库区急滩段(喜滩)开展工程整治数模研究。通过合理布置平台、方案比选将喜滩段成滩流量由35000 m3/s提高到了44000 m3/s。⑹对水下平台提出了架空、悬浮式两种方案设计思路,对方案可行性作了初步思考。

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