长江中游典型心滩水力特性及冲淤变形研究

摘要

心滩是河心凸出床面的水下淤积体,完整稳定的心滩往往是航槽稳定的基础。依托三八滩河段平面形态,进行了心滩河段的滩槽概化,采用二维水流数学模型和概化模型试验相结合的手段,研究了不同心滩形态、水流条件、滩头迎流角、左右汉断面面积比、护滩建筑物等因素下滩体附近的水位、比降、流速、流场等水力特性变化,以及有无护滩建筑物防护下的泥沙输移特性与滩槽冲淤特性。研究的主要结论如下:
　　 (1)研究了河道放宽段心滩水位、流速及比降的沿程与沿断面变化规律。心滩进口处水位、流速及比降变化较平缓；在滩面处流速增加、水位跌落、比降加大；之后受下游河段河宽收缩阻水影响,水位快速壅高,而流速迅速减小,最后进入下游收缩河段,水流逐渐恢复正常。一般凹岸水位高于凸岸水位,河段主流趋直偏向凸岸侧。水位低值区及流速高值区均位于滩尾收缩段的两侧深槽。
　　 (2)分析了流速、水深、迎流角、汉道断面面积及长宽比、河宽收缩比对水力特性的影响。流速越大,滩面水位、纵横比降、流速变化越大,两侧深槽流速差越大。水深增大,滩面比降减缓,流速增加；露滩时,滩面横比降随水深增加而增大。滩头迎流角改变时,迎流面流速减小,滩尾流速增加。心滩向凸岸侧发展时,滩面纵比降增加、横比降减小。滩体长宽比越小,或河宽收缩比越小,滩顶水位、流速、滩面比降变化越显著,两侧深槽流速差越大。
　　 (3)心滩守护前的自然演变是滩头、滩顶及两侧滩唇出现不同程度的冲刷,心滩萎缩。心滩守护后,滩体受到不同程度的保护,护滩带隔离了水流直接作用于滩面；四面透水框架增大了滩面阻力以减速促淤而护滩；鱼骨坝调整了心滩附近水流结构而保护坝田中的滩面。对守护效果而言,护滩带整体防护最好,依次为框架间隔防护、护滩带间隔防护、鱼骨坝防护。
　　 (4)护滩建筑物损毁根本因为是水流流速较大,建筑物附近形成冲刷坑而使建筑物遭受破坏。护滩带边缘破坏以出现悬挂、架空为主,四面透水框架以散落为主,鱼骨坝护滩后各刺坝坝头河床刷深而坍塌。

目录

文摘

英文文摘

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 浅滩水沙运动特性

1.2.2 长江中下游心滩形成原因

1.2.3 护滩整治建筑物

1.2.4 研究方法

1.3 研究内容及方法

第二章 三八滩概况及概化模型设计

2.1 三八滩概况

2.2 河床演变分析

2.3 概化模型设计

2.3.1 概化心滩形态参数确定

2.3.2 模型比尺确定

2.3.3 心滩河段滩槽概化

2.3.4 模型制造、测量仪器及护滩建筑物

2.4 小结

第三章 预备试验及数模建立、验证

3.1 试验条件

3.1.1 定床试验条件

3.1.2 动床试验条件

3.2 预备试验

3.3 数学模型的建立与验证

3.3.1 数学模型的建立

3.3.2 数学模型的率定与验证

3.4 小结

第四章 心滩水力特性研究

4.1 水位变化特点

4.1.1 纵向水位、比降

4.1.2 横向水位、比降

4.1.3 水位等值线

4.2 流速变化特点

4.2.1 纵向流速

4.2.2 横断面流速

4.2.3 流速等值线

4.2.4 流场

4.3 泥沙输移路线

4.4 有护滩建筑物下的心滩水力特性

4.4.1 断面流速变化特点

4.4.2 垂线流速变化特点

4.4.3 护滩建筑物附近表面流场变化

4.5 小结

第五章 心滩冲刷变形研究

5.1 无护滩建筑物条件下的滩体冲刷变形

5.1.1 滩槽冲淤变化

5.1.2 滩槽冲淤分析

5.2 有护滩建筑物条件下的滩体冲刷变形

5.2.1 护滩后滩槽冲淤变化

5.2.2 护滩建筑物防护后冲淤分析

5.2.3 护滩建筑物损毁机理分析

5.3 小结

第六章 主要结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附图