低水头航电枢纽泄水闸下游局部冲刷问题研究

摘要

目前国内大多数低水头航电枢纽水头不高，但单宽流量很大，佛氏数小。而内河中下游地区修建的航电枢纽处于地势低平地区，下游两岸常有堤防，人口、耕地面积大，河堤、河床抗冲能力弱，若处理不当，下泄水流将造成枢纽下游河床的冲刷和建筑物的淘刷，甚至危及建筑物的安全。
　　 在中低水头航电枢纽中，由于泄水宽度突然缩窄，特别是泄水前缘较原河床宽度缩小较大，使得水流相对集中，单宽流量很大的情况下更是如此。水流经过消能设施后，俯冲到下游河床，会导致下游河床泥沙大量起动，形成较大冲刷，引起河床较大变形。本文通过物理模型试验，利用声学多普勒流速仪，对下泄水流河床地形、水流特性试验数据采集并进行分析，从而阐述了造成河床冲刷的主要原因。
　　 由于水流出池后，河面突然扩宽，在扩宽的一侧形成了回流，当回流达到一定强度时，会对下游回流区域河床造成严重的冲刷破坏现象，这种局部性的水流现象常常会在工程实际运行当中遇到。本文对回流区域地形、三维水流流速、平面流场、近壁区紊动分析，阐述了造成回流区特殊水流结构、河床冲刷的原因，并从流态特征、水流特性和泥沙起动现象方面，对两者产生冲刷的原因进行了对比分析，得出造成主流区冲刷的主要原因是由于下泄水流纵向流速的影响，而影响回流区冲刷的因素则是主流区的紊动切应力引起回流区水流流动，形成特殊的水流结构和紊动能的变化。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1问题的提出

1.2研究现状

1.2.1闸坝下游河床主流区冲刷问题研究

1.2.2闸坝下游河床回流区冲刷问题研究

1.3试验研究目的及意义

1.4主要研究内容及方法

第二章模型设计与制作

2.1试验依据

2.2模型设计

2.2.1基本理论

2.2.2相似准则

2.2.3模型设计与制作

2.2.4模型沙的配制

2.3试验仪器

2.4试验安排

第三章闸坝下游主流区冲刷机理试验研究

3.1地形分析

3.2水流特性分析

3.3近壁区紊动能分析

3.4小结

第四章闸坝下游回流区冲刷机理试验研究

4.1三维水流流速流态

4.2回流区河床平面流场分析

4.3中间时刻x=20cm断面试验结果分析

4.3.1流速分析

4.3.2紊动强度分析

4.3.3紊动切应力分析

4.4冲刷地形分析

4.5近壁区紊动强度分析

4.5.1近壁区纵向和横向紊动强度结果分析

4.5.2近壁区垂向紊动强度结果分析

4.5.3近壁区紊动能结果分析

4.6回流强度分析

4.7主流区与回流区河床冲刷机理对比

4.7.1流态特征

4.7.2流场分析

4.7.3泥沙起动现象

4.8小结

第五章结论与建议

参考文献

致谢

附录