不同透水丁坝参数对溢洪道泄槽弯道水流特性的影响实验研究

不同透水丁坝参数对溢洪道泄槽弯道水流特性的影响实验研究

论文摘要

丁坝作为一种传统的水工建筑物,在河道整治等方面应用已久。透水丁坝是传统丁坝的创新形式,集导流和透水效果为一体,具有改善水面不均匀性、降低坝前壅水、减轻坝身水压力等优势。目前,透水丁坝多应用于缓流河道中。溢洪道泄槽泄流多为陡坡上的急流,当布置有弯道时,由于弯道水流的复杂,使现有河道丁坝的研究成果不能直接应用于溢洪道弯道工程中。因此,本论文通过水工模型试验,对溢洪道泄槽弯道布置不同参数透水丁坝后的水流特性进行了研究。本论文进行了在溢洪道泄槽弯道凹岸(弯道的1/4、1/2、3/4处,布置角度分别为60°、75°和75°)布置3道不同长度(3B/10、4B/10、B/2)、不同高度(2B/25、3B/25、4B/25)和不同透水率(18.3%、26.4%、35.9%)的丁坝在不同单宽流量(100m~2/h、160 m~2/h、200 m~2/h、240 m~2/h和300 m~2/h)下共75个方案的水力学实验。主要研究内容和成果有:(1)开展了透水丁坝参数对弯道水面的改善效果研究。利用弯道水面均匀度和弯道最大水面横比降等评价指标,分析了溢洪道凹岸布置透水丁坝后,丁坝长度、高度和透水率的变化对弯道水面改善效果的影响规律。随着丁坝长度、高度的增加与透水率的减小,弯道水面均匀度增加,最大水面横比降减小。根据不同单宽流量的分析,基于弯道最大水面横比降及其他辅助评价指标,给出本实验条件下溢洪道泄槽弯道段透水丁坝布置的推荐参数为:丁坝长度为B/2,高度为4B/25,透水率为18.3%。(2)开展了透水丁坝参数对弯道流速的影响研究。通过对弯道三维流速数据的分析,得出了丁坝长度、高度和透水率变化时沿程纵向流速、横断面纵向流速、断面横向流速的分布规律。靠近丁坝的纵断面,其纵向流速沿程先降低,然后在丁坝布置区波动,流速最低点出现在第一个或第二个丁坝布置处,丁坝布置区后纵向流速沿程上升。丁坝长度、高度的增加和透水率的减小,都会引起各断面纵向流速的降低。远离丁坝的纵断面,其纵向流速沿程上升。以丁坝布置区为界,丁坝前的断面随丁坝长度、高度的增加和透水率的减小,纵向流速降低;丁坝后的断面丁坝长度和透水率的变化对流速影响不大。但丁坝高度的增加会导致纵向流速的增大。溢洪道弯道中因弯道环流存在表流区与底流区。在底流区,随着丁坝长度的增加和透水率的减小,横向流速的绝对值增大;在表流区,随着丁坝长度的增加,高度的增加和透水率的减小,横向流速减小。(3)开展了透水丁坝参数对弯道底板动水压强的影响研究。分析弯道底板的动水压强数据发现,丁坝长度、高度和透水率变化对时均压强的影响规律。相较于无丁坝状态,布置丁坝后,时均压强增大,但沿程减小的趋势不变。随着丁坝长度和高度的增加,时均压强增大。时均压强与透水率的变化为非线性关系,透水率为26.4%时底板的时均压强最大。丁坝参数的变化对脉动压强影响较小,但与不布置丁坝相比,布置透水丁坝后弯道底板的脉动压强振幅减小。

论文目录

  • 符号说明
  • 中文摘要
  • Abstract
  • 1 引言
  •   1.1 研究背景与意义
  •   1.2 国内外研究现状
  •     1.2.1 早期丁坝布置作用分析
  •     1.2.2 丁坝布置区的水流特性
  •     1.2.3 丁坝局部冲刷规律
  •     1.2.4 丁坝(群)布置和参数设计
  •     1.2.5 丁坝(群)布置形式和参数变化对水流特性的影响
  •     1.2.6 丁坝对弯道水流的影响
  •   1.3 研究内容
  •   1.4 技术路线
  •   1.5 创新点
  • 2 材料与方法
  •   2.1 实验环境与实验系统
  •     2.1.1 实验环境
  •     2.1.2 实验系统
  •   2.2 实验模型
  •   2.3 实验方案
  •   2.4 实验测试
  •     2.4.1 测量项目与测点布置
  •     2.4.2 测量仪器与测量方法
  • 3 结果与分析
  •   3.1 丁坝参数对弯道水面的改善效果分析
  •     3.1.1 弯道水面改善效果评价指标
  •     3.1.2 丁坝长度对弯道水面改善效果的影响
  •     3.1.3 丁坝高度对弯道水面改善效果的影响
  •     3.1.4 丁坝透水率对弯道水面改善效果的影响
  •     3.1.5 不同单宽流量丁坝参数选择
  •   3.2 丁坝参数对弯道流速的影响分析
  •     3.2.1 流速数据的测量
  •     3.2.2 丁坝参数对弯道纵向流速的影响
  •     3.2.3 丁坝参数对弯道横向流速的影响
  •   3.3 丁坝参数对弯道底板动水压强的影响分析
  •     3.3.1 时均压强
  •     3.3.2 脉动压强
  •   3.4 本章小结
  • 4 讨论
  •   4.1 弯道水面的改善效果分析
  •   4.2 弯道流速的影响分析
  •   4.3 弯道底板动水压强的影响分析
  •   4.4 研究展望
  • 5 结论
  • 6 参考文献
  • 7 致谢
  • 8 攻读学位期间发表论文情况
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 陈威

    导师: 张庆华

    关键词: 透水丁坝,水面均匀度,横比降,弯道流速,动水压强

    来源: 山东农业大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 地球物理学,水利水电工程,水利水电工程

    单位: 山东农业大学

    分类号: TV135;TV863

    总页数: 83

    文件大小: 6520K

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