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透水丁坝孔型及布置方式对坝体附近水动力特性影响的研究

透水丁坝孔型及布置方式对坝体附近水动力特性影响的研究

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作者：浮文文兰州理工大学

学位级别：硕士

丁坝作为河道整治工程的“主力军”,其附近水流结构极为复杂。传统的实体丁坝因其坝身不透水,易发生局部水毁,存在弊端;透水丁坝坝身透水,结构的稳定、运行安全,发展前景,但因其坝身透水特性,丁坝附近水流结构受其透水孔型及其布置方式... 详细信息

丁坝作为河道整治工程的“主力军”,其附近水流结构极为复杂。传统的实体丁坝因其坝身不透水,易发生局部水毁,存在弊端;透水丁坝坝身透水,结构的稳定、运行安全,发展前景,但因其坝身透水特性,丁坝附近水流结构受其透水孔型及其布置方式的影响较大。而丁坝附近的水流结构及其紊动特性一直是学术界和工程界的重点关注对象,研究透水丁坝不同透水孔型及其布置方式对河道水流结构和紊动特性的影响,对于透水丁坝透水孔的合理设计和改善丁坝附近流场结构具有重要的意义。本文通过室内水槽试验,结合理论分析,对不同透水孔型及其布置方式下的透水丁坝附近水流流速及其紊动强度进行了分析,并在此基础上研究了实体丁坝与透水丁坝相结合的复合型丁坝群的累积效应。主要结论如下:(1)透水孔型及布置方式对丁坝坝前断面流速影响较小。透水丁坝坝后回流区流速波动明显,过渡区流速迅速增长至最大值,主流区流速较大但相对稳定。透水孔型对坝后回流区流速影响较大,该区域内不同透水孔型时均流速从大到小依次是:椭圆形、方圆形、矩形;透水孔型对过渡区和主流区水流流速影响较小。随着与透水丁坝距离的增加,坝后回流现象逐渐减弱,流速波动也随之减弱。(2)透水丁坝为矩形透水孔时,产生的水头损失较大,坝后缓流落淤效果最佳;透水孔为双层布置方式和栅格型布置方式时,透水丁坝坝后水流的降速幅度最大,坝后缓流效果较佳,但实际工程中推荐双层布置方式下的矩形透水孔。(3)矩形、方圆形和椭圆形透水孔的坝体下游水流紊动强度依次增大。透水孔为梅花型布置时,透水丁坝周围水流紊动强度最大,栅格型布置方式下的紊动强度最小。(4)复合型丁坝群第一个丁坝的布置方式对丁坝群整体的缓流效果至关重要,第一座丁坝为实体丁坝时,挑流作用强,阻水作用大,但坝头冲刷严重,且稳定性差,复合型丁坝群的第一座丁坝应布置为透水丁坝,布置方式为透水,实体,透水相结合的复合型丁坝群坝后缓流效果较好。(5)在复合型丁坝群的最优布置方式下,分析不同实体丁坝坝长对复合型丁坝群上下游横断面流速分布的影响,得出复合型丁坝群实体丁坝有效坝长为透水丁坝的83%左右时,丁坝群的缓流效果最佳,护岸效果最好。

关键词：透水丁坝透水孔孔型透水孔布置方式复合型丁坝群水动力特性

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