丁壩附近水沙運動及局部沖刷的數(shù)值模擬與試驗研究.pdf

1、丁壩是一種兼有導(dǎo)流、護(hù)岸、調(diào)整水深和營造局部沖淤等眾多功能的水工建筑物，被廣泛用于河道整治工程。有關(guān)丁壩沖刷機(jī)理、回流區(qū)范圍，水流結(jié)構(gòu)，沖坑范圍及深度、影響因素等問題的研究尚無成熟的結(jié)論。傳統(tǒng)上研究丁壩的手段主要有模型試驗，原型觀測，近年來對丁壩的數(shù)值模擬也受到重視，但是由于流動邊界及水沙運動的復(fù)雜性，涉及丁壩的模擬技術(shù)很不完善。本文在對近底輸沙模型探討的基礎(chǔ)上，建立了三維水沙數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行了丁壩附近水沙運動及河床變形的模擬研究，并通過

2、模型試驗對丁壩附近的河床沖淤規(guī)律進(jìn)行了探索。
　　數(shù)學(xué)模型在平面上采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、垂向采用σ坐標(biāo)系，以適應(yīng)包括天然河道形態(tài)、丁壩、河床地形變化及水面起伏等復(fù)雜流場邊界。模型采用控制體積法離散，靜水步及動水步壓力分裂模式分步求解。針對當(dāng)前近底輸沙率計算模式中存在的問題，采用紊動動能作為變量，基于能量平衡、近底水層積分等思想，提出了新的近底水流挾沙力計算公式，基于它建立了新的三維泥沙計算模式，并對公式中的參數(shù)進(jìn)行了率定。分別采用解析解

3、、水槽實驗、天然實測資料對三維水沙數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了驗證，結(jié)果符合良好。
　　對概化平板直立丁壩及梯形剖面丁壩附近水流運動進(jìn)行了三維數(shù)值模擬研究，分析了丁壩附近的水位、流速、流場結(jié)構(gòu)和紊動動能的分布規(guī)律及壩長因素的影響。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行丁壩附近泥沙輸運及河床變形的模擬，計算結(jié)果能反映丁壩附近河床沖淤隨著當(dāng)?shù)匚蓜訌?qiáng)度變化而變化的規(guī)律，與實驗觀測一致。
　　以黃河寧夏河段某一設(shè)有丁壩群的靠溜險工段作為原型河道，設(shè)計并制作了一座正態(tài)動床