水流动力轴线摆幅与弯曲河道曲率关系研究

摘要

丹江口及三峡水库运用后,坝下游急弯河段普遍出现了不同程度的切滩撇弯现象,以往研究表明弯曲河道的切滩撇弯是由于水流弯曲半径与河道曲率半径的不相适应所致,水流动力轴线摆动是发生切滩撇弯的基本原因之一,水流动力轴线摆动是水流动力因素与边界条件共同作用的结果.以往研究主要集中于水流动力因素变化对水流动力轴线摆动的影响,然而围绕水流动力因素与边界条件共同作用对水流动力轴线摆动幅度的影响研究较少.以三峡水库下游荆江典型弯曲河段调关-莱家铺河段为例,采用二维水流数学模型模拟了不同流量级条件下本河段的流场分布,绘制了6种流量级条件下的水流动力轴线,选取了多个不同曲率的典型断面,对比各个断面在不同流量级下水流动力轴线的摆动幅度,分析了河道曲率变化对水流动力轴线摆动幅度的影响.结果 表明:水流条件的改变是导致水流动力轴线摆动的主要因素,随着流量的增大,水流动力轴线的摆幅逐渐增大,顶冲点位置向下移动,河道的曲率大小影响水流动力轴线摆动对流量改变的响应,河段的曲率越大,这种响应越快,向凸岸侧产生的摆动幅度越大.结合数值模拟结果可以看出,在小流量作用下,水流动力轴线与深泓线基本一致,大流量作用下,水流动力轴线在弯曲河段大曲率处靠近凸岸,与实际发生的冲淤情况一致,这会导致弯曲河段大曲率处容易出现撇弯切滩现象.本次研究可为进一步深入研究三峡水库下游弯曲河道的演变规律提供参考.