【摘要】：來(lái)自河流的淡水和海洋的鹽水在河口處相遇,由于密度的差異,導(dǎo)致密度流產(chǎn)生。密度較大的海水從水體下層向陸侵入,密度較小的河水從水體上層流向大海,由此水體形成垂向分層。鹽水楔是一種典型的高分層狀態(tài),鹽水楔的存在及其運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的特性極大影響著河口區(qū)域的泥沙懸浮、輸運(yùn)和沉積。對(duì)其內(nèi)部動(dòng)力機(jī)制進(jìn)行探索,有助于我們加深對(duì)河口地區(qū)泥沙輸運(yùn)特征的認(rèn)識(shí),從而分析河口區(qū)域環(huán)境變化的根本原因。本文通過(guò)物理試驗(yàn)對(duì)鹽水楔條件下河口泥沙運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力過(guò)程進(jìn)行研究,先在實(shí)驗(yàn)室靜水和水槽動(dòng)水的條件下利用高精度儀器剖面流速儀(ADVP)進(jìn)行懸沙濃度聲學(xué)反演分析,驗(yàn)證儀器聲強(qiáng)信號(hào)(AMP)值與泥沙濃度的關(guān)系。而后建立上游徑流為渾水,下游鹽水入侵的矩形水槽物理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),利用反演后的儀器ADVP和點(diǎn)式流速儀(ADV)同步測(cè)量流速和聲強(qiáng)信號(hào)(AMP)值,設(shè)計(jì)不同水深、鹽水流量、渾水流量和采樣頻率條件下的實(shí)驗(yàn)工況,分析鹽水楔入侵過(guò)程中的懸沙濃度變化,并計(jì)算紊動(dòng)參數(shù)說(shuō)明懸沙濃度變化的原因,得到懸沙在鹽水環(huán)境下的濃度變化規(guī)律。主要的研究?jī)?nèi)容及成果如下:(1)在聲學(xué)反演分析中,儀器測(cè)得的聲強(qiáng)信號(hào)(AMP)值與渾水泥沙濃度正相關(guān),并提出在靜水條件下用AMP值反演泥沙濃度的經(jīng)驗(yàn)公式。通過(guò)驗(yàn)證,公式在小泥沙濃度(0.3g/L)的情況下,有很好的適應(yīng)性。(2)基于水槽實(shí)驗(yàn),得出鹽水楔入侵中會(huì)引起鹽淡水交界處附近出現(xiàn)渾水泥沙濃度增大的現(xiàn)象,但影響范圍有一定界限,約為交界面附近1cm左右,并可以持續(xù)一段時(shí)間。同時(shí),對(duì)于小泥沙濃度,ADVP儀器聲強(qiáng)信號(hào)的測(cè)量結(jié)果優(yōu)于ADV儀器。(3)通過(guò)紊動(dòng)特征值的計(jì)算和分析,得出在鹽水楔的鹽淡水交界面處泥沙濃度增大的主導(dǎo)的動(dòng)力作用為垂向流速剪切。它產(chǎn)生的大尺度渦旋,促進(jìn)紊動(dòng)向上輸運(yùn),故顆粒濃度在鹽水楔界面附近受紊動(dòng)作用而明顯增加。上層泥沙雖然逐漸沉降,接近鹽水楔界面時(shí)卻因交界面的小尺度紊動(dòng)而保持懸浮,使沉降減弱,從而觀察到鹽淡水交界面附近濁流泥沙濃度上升。同時(shí)高剪切的出現(xiàn)并不一定意味著紊動(dòng)耗散的增加,其產(chǎn)生的大尺度渦旋有利于顆粒懸浮,但小尺度渦旋并沒有明顯增加或發(fā)育,可知泥沙濃度增大后持續(xù)一段時(shí)間,再回到鹽水未到時(shí)的大小的原因是濁流本身小尺度渦旋的紊動(dòng)。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TV148
【圖文】：

研究路線示意圖

2.1 水槽實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)本文實(shí)驗(yàn)在珠江水利委員會(huì)珠江水利科學(xué)研究院里水實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行。水槽全長(zhǎng) 5m高 20cm，寬 20cm，水槽底部距地面 1m，以有機(jī)玻璃作為水槽材料，接頭處用玻璃膠粘連，實(shí)驗(yàn)水槽模型示意圖如圖 2-1 所示。水槽左側(cè)為出水口，利用 4 塊寬約 3cm 的擋板調(diào)節(jié)水槽水深；水槽右側(cè)為進(jìn)水口有適當(dāng)長(zhǎng)度的消能段，采用碎石，細(xì)砂和消能網(wǎng)三層結(jié)構(gòu)進(jìn)行消能，目的是盡可能減小進(jìn)水口紊動(dòng)，使進(jìn)入測(cè)量段的水流盡量平穩(wěn)；在水槽外放置兩個(gè)大桶，分別配置鹽水和泥沙渾水。渾水從渾水桶由抽水泵抽吸到進(jìn)水口進(jìn)入水槽，流速由浮子流量計(jì)控制；鹽水桶放置在高處，利用虹吸原理，將鹽水從鹽水桶虹吸到如圖 2-1 所示的鹽水進(jìn)口處，此處鹽水的流量也同樣用浮子流量計(jì)控制，簡(jiǎn)單模擬鹽水入侵。為保證水槽中鹽水只在密度差作用下入侵，在調(diào)節(jié)水深的擋板上加上蓋板，從底部進(jìn)入水槽的鹽水在接觸蓋板后，向上流速減小為 0，只有密度差作用讓鹽水前進(jìn)。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2723081