闸前漂浮堆积物对水闸过流及水流结构影响的研究

摘要

随着水污染加剧，河道、水库、湖泊中植被、工业及生活垃圾、意外事故类漂浮物大规模聚集;危害尤其严重，漂浮堆积物占用河道断面，增大河床阻力，遇到障碍物后，造成河道严重堵塞。当漂浮物在水闸前堆积时，对水闸的安全运行会造成极其不利的影响。
　　本文将在国内外针对有植被河流水流问题研究的基础上，结合水力学基本理论及水闸出流的理论，运用数值模拟方法，分析研究水闸闸门前堆积漂浮物时闸前水流的流速分布及覆盖漂浮物对水闸过流流量的影响。通过计算流体动力学软件，对闸前堆积漂浮物的三维两相流流场作数值模拟。本文主要内容有:
　　1、通过试验现象及数值模拟的数据资料对闸前有无覆盖物时水闸过流的纵向流速分布进行比较分析，得出:无漂浮物时，闸门前均匀段沿水深方向的断面流速分布符合对数分布，有漂浮物时，断面流速分布近似呈鱼肚型形分布。
　　2、运用水力学基本理论推导出有覆盖物时闸前有覆盖近似均匀段流速分布的表达式:将流速以最大流速点为分界，在水深方向将明渠流动分为两层等效的明渠流动，并对漂浮物堆积覆盖的流速分布进行整理、计算，确定漂浮物糙率的取值范围。
　　3、结合数值模拟的数据资料对不同计算方案情况水闸过流的流量进行整理、计算，并拟合出有覆盖时流量修正系数相对于覆盖长度之间的关系，得出闸前堆积漂浮物的过闸流量计算公式。
　　通过本文，得出闸前漂浮物堆积覆盖的影响闸前水流的流速分布，增加了河床的的综合糙率，降低水闸的过流流量，影响水闸的运行效率。因此，必须对闸前堆积漂浮物的危害提高重视。