潜坝对90°等宽明渠交汇口污染物运输过程的影响研究

水流交汇现象在河流水系中普遍存在,支渠高浓度污染物的汇入会导致干渠下游水质污染,威胁到下游各地区用水安全。建立90°等宽明渠交汇口二维水动力水质耦合模型,研究提出通过在明渠交汇口附近布置潜坝的工程措施增强污染物混合从而降低污染物浓度。对不同潜坝位置、长度、高度共14种工况进行数值模拟。研究结果表明,在交汇口附近布置潜坝可以加速污染物混合,进而降低污染物浓度极值;潜坝加速污染物混合扩散的主要机理是潜坝产生的横向流速区及回流区加剧了水体对流作用,促进了污染物的混合;在交汇口下游干渠右岸布置潜坝对污染物的混合加速效果明显;当潜坝长度为1/2河宽时,对污染物的混合最有利;潜坝越高,效果越好;在合适的潜坝布置工况下,明渠出口断面污染物浓度变异系数降低了46%,最大污染物浓度值降低了33%,效果明显。

基于HEC-RAS的潜坝工程实施效果影响分析

潜坝是一种具有调整河道比降及限制河底冲刷等功能的河道整治建筑物,为了分析潜坝实施效果及其影响,提出了基于HEC-RAS二维数学模型进行潜坝实施影响分析的步骤及方法,并以青海省格尔木河某治理段为例分析了3座拟建潜坝的实施效果及其对河势、流速、冲刷及其他建筑物的影响。

群潜坝对河道糙率影响的数值模拟研究

为分析群潜坝对河道糙率的影响规律及机理,运用FLUENT软件,采用VOF方法与标准k-ε紊流模型相耦合的方法,对坝间距为50,25,12.5,6.25 cm与原河道(没有布置潜坝),流量分别为4,8,15,25及75 m3/h共25种工况下河道水流流场进行了数值模拟,分析了建有群潜坝的河道其糙率的变化,得到了坝间距、水深坝高比对河道糙率的影响规律。其成果对河道整治、河道防洪等具有较大的参考价值与实用价值。

航道潜坝护底的顺水沉排施工技术

案例航道治理工程在潜坝护底治理中,应用软体排顺水沉排施工工艺。软体排是在应用土工布处理工程软基的技术基础上发展而来的一种水工潜坝护底保护技术。梳理介绍该排体结构和材料参数,并从程控作业船、沉排操作、技术监测、安全预案等4个方面,介绍该顺水沉排施工工艺要点。沉排质量检测和水下摄像检测显示,该工艺下的沉排效果符合理论预期,搭接区混凝土块压载系结完好。

梯形透水潜坝三维水流特性的数值模拟

基于OpenFOAM开源程序包,对4种透空率(0.1、0.2、0.3和0.4)潜坝的三维流场进行数值模拟,研究了透空率和流量对透水潜坝周围三维水流特性的影响规律。结果表明:相同流量条件下,随着透空率增大,坝后回流减弱,上升流高度降低,缓流区范围减小,涡量减小,坝体腔内及坝后透水圆孔附近紊动能增大;相同透空率条件下,随着流量增大,坝后缓流区范围增大,回流逐渐减弱,掺混紊动作用加剧,涡量及紊动能的大小和影响范围也逐渐增大。

透空潜坝附近水流特性的数值模拟

透空式潜坝是一种兼顾生态和环境的新型整治建筑物。为深入了解透空潜坝附近水流特性,基于N-S方程和不可压缩气液两相流理论建立三维数值水槽,对梯形透空式潜坝附近水流特性进行数值模拟,研究了透空率、水深和流速对潜坝附近流场、紊动能和涡量等水流特性的影响规律。结果表明:相同水流条件下,随着透空率的增大,坝后回流流速减小,坝后根部紊动强度逐渐增大,而坝后1～4倍坝高范围内紊动强度逐渐减小,涡量先增大后减小。透空率不变情况下,在相同断面平均流速条件下随着水深增大,透水率逐渐减小,潜坝附近紊动强度整体减小,但紊动范围变化不大,坝顶强涡量区面积减小。在相同水深条件下随着断面平均流速增大,涡旋回流强度逐渐增大,潜坝附近高紊动区紊动强度整体也增大,坝体顶侧和透水圆孔附近正负涡量间隔分布,强度逐渐增大。

潜坝壅水规律研究

潜坝的壅水效果是水流经潜坝作用后一部分动能向势能转化的结果,不同条件(糙率、底坡、纵断面形状等)下潜坝水位壅高值与潜坝阻挡面积比率关系密切。采用理论分析与水槽试验相结合的方法,首先分析了潜坝的壅水机理,并在水槽中进行了不同底坡、流量、坝高、坝体结构对水位壅高及流态的试验,建立了水位壅高值、局部阻力系数与阻挡面积之间的经验关系式,引进了应用于天然河道的有效阻挡面积修正系数β,并对公式计算结果与天然实测值进行比较,验证了经验关系式的合理性。

一种适用于潜坝流场计算的全流模型

根据浅水方程的基本假定 ,针对工程问题研究的实际需要 ,结合动量系数的定义 ,从理论上建立了一种适用于潜坝水流场计算的全流模型 .该模型是对浅水方程模型的推广 。

碧流河水库入流消落区生态改善的潜坝技术及效应

针对碧流河水库入流消落区生态改善需求,提出了利用潜坝提高主河道和滩地潜水水位,进而改善滩地植被条件的治理技术,并通过对比潜坝建设前后滩地植被状态分析了潜坝对植被的影响。结果表明:潜坝建设后,研究区优势物种由中旱生植物向湿生植物转变,2020年6月和7月区域平均植被覆盖度较潜坝建设前的2019年同期分别增长8.23%和20.94%;潜坝对于水库入流消落区落干期滩地植被覆盖度的提高具有良好的促进作用,是水库入流消落区生态改善的有效工程措施。

黄河下游移动式不抢险潜坝结构设计与分析

根据黄河下游河道特点和河道整治工程情况,给出了移动式不抢险潜坝的结构设计方案。考虑潜坝中管桩、土层的相互作用和土层的冲刷及水位的变化,采用数值模拟方法建立了潜坝中管桩、土、预应力筋的有限元模型,分析了各种工况下管桩的桩身位移和受力,并模拟了潜坝中管桩的上拔施工。结果表明:①在最大冲深情况下,桩长20 m可以满足设计要求;②冲深为10 m、洪水位情况下的管桩为最不利受力状态;③在考虑桩、土间摩擦力并假定桩身全部被淤积的泥沙覆盖条件下,在距离桩顶1 m以下位置均匀向上施力即可安全拔出桩体。综合潜坝运行期管桩受力和变形情况及管桩上拔施工期的受力特征可以看出,该设计方案是可行的。

基于异重流理论的潜坝堵河判别方法

针对潜坝堵河也能成灾的现象,基于异重流理论导出了泥石流龙头运动方程;对泥石流龙头运动的影响因素进行了单因素分析。分析表明泥石流粘滞系数和切应力对龙头运动速度的影响不明显,绕流阻力系数对龙头运动速度的影响最大;给出了泥石流龙头在主河里的运移距离随时间的变化曲线,在此基础上给出了潜坝堵河的最小固体物质总量计算式。

护底余排作用下潜坝下游局部冲刷深度计算研究

潜坝下游冲刷主要由于越堤水流在堤后形成强紊动涡旋水流,并淘刷床面引起。冲刷坑最大深度与坝高、水深以及护底余排宽密切相关。根据水槽试验结果,分析了不同影响因素下潜坝下游的冲刷变化,并提出了考虑护底余排作用下的潜坝坝身下游最大冲刷深度计算式。结合长江下游黑沙洲水道航道整治工程中护底余排作用下潜坝的实际冲刷深度资料,对文章研究中提出的冲刷深度计算式进行了验证。验证结果表明:在考虑余排宽度的条件下,按照该公式计算得到的局部冲刷深度与实测值基本一致。

弯曲分汊浅滩潜坝对洄游鱼类栖息地的影响研究

长江上游弯曲分汊浅滩较多、碍航问题突出,同时该河段也是濒危鱼类中华鲟的主要繁衍水域。针对当前航道整治工程大都缺乏考虑其对水生生物栖息地的影响和现有栖息地评价仅依据河道内流量增加法中的加权可利用面积这两方面的问题,本文以长江上游弯曲分汊浅滩作为研究对象,考虑中华鲟产卵场功能区的分区特征,基于斑块面积比、栖息地破碎性指数、栖息地连通性指数,构建了鱼类栖息地综合评价模型,研究了淹没式丁坝(潜坝)布置形式对中华鲟栖息地的影响。结果表明:适当的潜坝布置形式对整治河段内中华鲟栖息地环境质量有明显改善作用;研究区域内中华鲟栖息地斑块个数与潜坝坝长成正比,斑块面积比和栖息地破碎性指数与坝体数量成反比,栖息地连通性指数主要受坝体数量的影响。从保护珍稀物种的角度出发,长江上游弯曲分汊浅滩治理中应控制整治建筑物的数量与长度。此外,本文基于濒危洄游型鱼类繁衍及生活习性提出的栖息地综合评价模型,能克服仅根据栖息地加权可利用面积评价的片面性,更适合鱼类栖息地环境质量评价。

锦纶网石兜加固深水潜坝试验研究

结合长江镇扬河段和畅洲左汊口门潜坝工程现场试验,介绍了锦纶网石兜潜坝加固施工工艺,对锦纶网石兜的技术指标、水上抛投施工定位方法进行系统研究。经试验数据分析发现,块石抛投提前量计算值与锦纶网石兜实际抛投提前量存在良好的线性关系,由此提出了计算锦纶网石兜漂距的经验公式。现场试验结果完全满足设计要求的80%增厚率,说明采用该公式计算锦纶网石兜的漂距是可靠的。

和畅洲塑料土枕潜坝的稳定性分析

坝体的稳定是塑料土枕潜坝设计的难点,从坝体的受力情况着手,对镇扬河段和畅洲左汊口门控制工程塑料土枕潜坝及其不同部位的坝体分别进行了稳定性分析与计算。结果表明:该坝体的稳定系数均大于1.5,说明坝体的稳定性较高。通过一年多的运行监测,实践证明坝体是基本稳定的,工程达到了预期的目的。

长江中游航道整治工程预制潜坝水下安装施工关键技术研究

在长江中游航道整治工程中采用预制坝体进行水下潜坝坝体安装施工,除了可以完善对河道滩槽格局的守护,同时可增强顺直河道的水流动力,改善顺直河道航道条件,具有显著的社会效益和经济效益。本文以长江中游预制潜坝坝体水下安装工程为例,阐述了在预制潜坝水下安装过程中面对的困难和存在的问题,提出了技术控制措施,同时结合工程现状对现有船机设备进行改造,发明了水下定位桁架装置,对类似工程具有一定程度的参考和借鉴作用。

潜坝加固工程主要控制参数初步研究

潜坝工程是控制分汊型河道河势的常用工程,多位于汊道口门处,建成后潜坝及下游一般会遭到不同程度的冲刷从而导致不均匀沉陷,对其进行抛石加固是维持其功能的重要措施。为增强抛石加固的工程效果,以长江下游和畅洲左汊口门潜坝加固工程为例,首次尝试展开现场试验,研究抛投落距、潜坝上下游坝坡抛石工程量扩大系数和潜坝坝顶及坝肩尼龙网石兜抛投工程量扩大系数,优化其抛投施工工艺,实时实现施工准确定位及有效加固。这些施工主要控制参数的研究可为潜坝加固工程和其他类似工程的施工提供参考。

梯形透水潜坝附近水面线及透水率

为研究结构物的透水特性和水动力特性,利用PIV流场测量系统专用水槽物理模型试验与Flow3D数值模拟相结合的方法研究均匀开孔的梯形透水潜坝附近水面线及坝体透水率的变化规律。结果表明:潜坝附近壅水及水跌高度随透空率的增大而减小,不同透空率潜坝坝后水面均出现"逆坡现象"。相同断面平均流速条件下,水深越大,相对壅水高度越小;当水深大于2倍坝高时,坝体壅水效果逐渐消失。相同坝前远端水深条件下,随着断面平均流速增大,坝后水跌高度增大。最后利用数模计算结果经回归拟合得到透水率的综合计算公式,经验证该经验公式计算结果和实测值最大偏差不超过5%,具有一定的可靠性。

和畅洲左汊口门潜坝加固现场试验研究

长江镇扬河段和畅洲左汊口门潜坝加固工程包括坝顶的尼龙网石兜和坡面的块石防护工程2部分。由于水下潜坝加固的设计工程量补偿系数及施工方法没有相关的规程规范和经验可借鉴,因此,为研究尼龙网石兜及块石抛投施工定位方法,确定抛石与抛投尼龙网石兜的设计工程量补偿系数,开展了现场抛投尼龙网石兜与抛石试验研究。根据现场试验结果,计算分析确定了坝顶及坝肩抛尼龙网石兜设计工程量补偿系数为1.2,水下坝坡面抛石设计工程量补偿系数为1.5;并结合理论分析,推导了尼龙网石兜漂距及石块漂距的计算公式,由试验数据反算出了尼龙石兜和块石的阻力系数。该研究成果已运用于长江镇扬河段和畅洲左汊口门潜坝加固工程的设计和施工中,达到了预期目的。

深水潜坝抛石加固现场试验及定位分析研究

潜坝是控制分汊型河道河势的常用工程之一,一般位于汊道口门处,该区域流态复杂,建成后潜坝及下游经常会遭到不同程度的冲刷导致不均匀沉陷,对其进行抛石加固是维持其功能的重要措施。抛石以往多用于护岸加固工程,传统的抛投落距公式适用于浅水区,对深水区抛石加固工程抛投落距研究不多,对抛投离散程度的研究更少,很难实现抛石准确定位。本文以长江下游和畅洲左汊口门潜坝加固工程为例,通过分析深水潜坝加固施工区水流流速的垂线分布规律,引入群体沉速的概念,推导出块石沉速、抛投落距和综合抛投离散参数公式,并用现场试验资料对其进行了验证和优化,确定了工程量扩大系数,实时实现施工准确定位及有效加固。该研究将传统的抛投落距公式延伸到深水区,同时对抛投离散程度进行了有益的探讨。研究基于现场试验成果,可为潜坝加固工程和其他类似工程的施工提供更可信的依据和参考。