丁坝对弯道水流流态影响的试验研究

作     者：周阳 

作者单位：沈阳农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭维东

授予年度：2006年

学科分类：080103[工学-流体力学] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 081502[工学-水力学及河流动力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：弯道 丁坝水流 流态 

摘      要：弯道水流是渠道和河道中常见的一种水流运动现象。弯道水流的动力特性主要集中在水面横比降、横向环流、流速重分布等方面。水流流经弯道作曲线运动，水面形态和水流结构发生调整和变化。弯道水流特性决定弯道泥沙运动和河床演变的基本规律，对河床演变、河道整治、河岸防护等都有重要的影响。弯道水流特有的螺旋流会引发一系列的工程问题和环境问题，因此需在弯道险段布置护岸工程。目前，国内外的护岸建筑物主要有丁坝、导流板、导流屏、导流坎、导流栅等。其中丁坝是一种传统的护岸方式，国内外应用的比较广泛，本文研究的就是丁坝对弯道水流水力特性的影响。 丁坝是河道及航道整治工程中一种常用的重要建筑物，具有控制河势、保护岸滩、束水攻沙及壅高水位等多种功能。丁坝修建后，水流受到压缩，坝下断面突然放大，水流因分离形成了狭长的回流区。特别是对护岸工程和泥沙的淤积而言，坝后回流区的充分利用关系到工程效果与造价。在河道整治以及水陆交通建设，河滩、海涂围垦等工程不可避免的遇到丁坝对水流作用及其对河道与海滩演变的影响问题，因此，对于丁坝水流的研究具有普遍的实践意义。 丁坝水流运动所涉及的物理量往往很多，边界条件复杂多变，大多数的研究都是在现有理论的指导下，以实测资料为基础，建立物理或数值模型，进行模型试验，但由于测量技术的限制，对整治建筑物周围水流流态的研究还没有趋于完整的理论，尤其是丁坝周围流场的三维信息。基于此，本文以水槽模型试验为基础，针对弯道水流特性，采用先进的三维声学多普勒流速仪ADV(Acoustic Doppler Velocimeter)对弯道及丁坝附近的水流流速进行系统的测量，获取了有关弯道和丁坝水流的三维信息，从多方面研究丁坝对弯道水流流态的影响，此外，丁坝水流也是一种典型的水力问题，工程中许多其它的水流现象与丁坝水流具有不同程度的相似性，有关丁坝水流流态的具体分析可为河道整治及相关研究提供理论依据。 本试验采用平底有机玻璃水槽进行概化模型试验。主要分析了弯道及丁坝周围水流的三维水力特性，丁坝对弯道自由水面形态、纵向流速分布、纵向紊动强度分布的影响，以及弯道整治后回流区和紊流区的特征问题，同时也探讨了流量变化对丁坝水流流态的影响。研究得出，在弯道凹岸布设群坝后，可以束窄水流，调整、均化流速分布，改变弯道水流的自由水面形态。