河宽缩窄率对河床冲刷形态影响数值模拟研究

丁坝的存在导致河道流场结构发生变化,进而引起丁坝坝头的局部冲刷,并对附近的河床演变产生影响,河宽缩窄率(丁坝长度与河宽比值)是影响河道局部冲刷形态的重要参数。本文采用数值模拟方法研究不同河宽缩窄率情况下,非淹没丁坝坝头冲刷深度及冲刷形态的变化规律。结果表明,河宽缩窄率0.5以下时,最大冲刷深度随河宽缩窄率的增加基本上呈线性增加,河宽缩窄率超过0.5以后,最大冲刷深度增加剧烈,同时丁坝对水流的影响范围也达到了对岸,冲坑的范围扩展到了河对岸边,且冲坑形态也发生了较大的变化。研究成果对于实际丁坝工程选择适当的河宽缩窄率具有重要的参考借鉴意义。

非淹没丁坝下游回流长度及最大回流宽度研究

本文基于二维水深平均水流运动方程组 ,并对一些因素如主回流紊动切应力、主流流速横向分布规律、紊动粘滞系数等作了与前人不同的假设 ,推导得到了非淹没丁坝下游回流长度及最大回流宽度计算式 ,公式计算结果与实测资料进行了对比。研究成果表明 :回流长度与坝长、水深、糙率、面积缩窄率、河宽缩窄率有关 ,最大回流宽度与河宽、面积缩窄率及河宽缩窄率有关 ,对于矩形河槽 ,河宽缩窄率等于面积缩窄率 ,而对于天然河道 。

双丁坝流场及回流特性数值研究

双丁坝是常见的丁坝布置形式,不同的布置形式和丁坝长度会对河道流态、水位以及整流、护岸效果产生影响。以探究双丁坝对河道的影响为目的,利用RANS方程作为基础,同时结合Realizable k-ε湍流模型,对双丁坝流场及回流特性进行数值模拟。首先,数值模拟丁坝的水动力特性,并与试验数据相比较,以此证明数值模拟的合理性;然后,研究丁坝长度(河宽缩窄率)以及丁坝坝距对航道水位变化、流速变化、回流区变化的影响。研究结果表明:当坝距一定时,随着河宽缩窄率的增加,丁坝上游壅水高度及范围增大,挑流作用增强,主流收缩断面减小,流速增大,航道受到的保护范围增大;随着河宽缩窄率的增加,坝间回流长度及宽度与坝长的比值减小,其与坝后的比值增大。当坝长一定时,随着坝距增大,水位的凹陷区从丁坝下游收缩至两丁坝之间,当坝长为5 m、坝距为10 m时丁坝下游产生振荡现象,水面形成的波浪向下游传;随着坝距的增加,坝间回流长度及宽度与坝长的比值增大,坝后回流长度及宽度与坝长的比值减小,坝长为5 m、坝距为10 m时水流逆流回两坝间形成逆时针漩涡。研究结果可为航道护岸建设提供参考。