底坎对减缓采沙河床桥墩冲刷的效果及机理研究

针对采沙河床演变引起的桥墩冲刷问题,通过水力学分析和水槽试验研究底坎设置对上游桥墩减冲的效果,运用粒子图像技术观测水流紊动结构的变化,分析底坎尺度和水流变化与桥墩减冲效率的相关性。结果表明:相同水流条件下,桥墩减冲效率与底坎的相对高度以及底坎与桥墩之间的距离有关;桥墩减冲效率随来流强度的增大而减小;在试验范围内,底坎的高度与水深之比为1/5~1/3、底坎位于桥墩下游1~1.5倍桥墩直径的距离时,对桥墩的减冲效果最佳,桥墩的减冲效率可达20%~30%;底坎的减冲机理是通过降低水流紊动强度、切应力及紊动涡量降低水流的输沙能力,从而实现对桥墩的防护。

河床采沙挖槽的溯源冲刷影响规律

针对长距离河段大量人工采沙、挖槽发生的河床溯源冲刷影响因素、发展规律及预测方法进行研究。考虑该问题的清水冲刷特征,建立了一维水动力学方程、河床变形和推移质输沙方程组,用TVD(Total Vartation Diminishing)性质的MUSCL-Hancock时空二阶格式和对水流、河床变形方程分别用有限体积和有限差分法进行数值求解,用水槽试验作了验证并研究了溯源冲刷规律。溯源冲刷长度在初期30%的时间内可达平衡时的80%,冲刷速率随来流强度、跌坎高度和跌水水头差明显增大。平衡溯源长度随流量的线性增长率约为0.8,随跌水高差的增长较缓,冲刷最大厚度约为跌坎高度的0.5倍。采沙挖槽河床一旦形成溯源冲刷,则发展迅速,流量和跌水高差是重要影响因素。在合理考虑输沙方程的基础上,该数值模型可用于溯源冲刷的预测,计算速度快且精度较高。