【摘要】：由于人類活動(dòng)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的過(guò)度消耗,河流年徑流量持續(xù)下降,部分河流已變成“季節(jié)河”或“時(shí)令河”,有的甚至常年無(wú)水。在中小河流核心區(qū)修建液壓壩群是實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)的重要措施,能夠改善這種狀況。但液壓壩群的修建同時(shí)也會(huì)對(duì)河道水力特性產(chǎn)生較大影響,進(jìn)而影響河道淤積和沖刷。因此研究液壓壩群對(duì)河道水力特性及沖淤影響非常必要。本文首先通過(guò)在變曲率水槽中設(shè)置三道液壓壩進(jìn)行物模試驗(yàn),基于試驗(yàn)結(jié)果分析了液壓壩群在四種工況下對(duì)水槽中的流速、水位及紊動(dòng)能等水力特性的影響。其次,基于Delft 3D軟件建立了變曲率河道上液壓壩群影響的水動(dòng)力模型與沖淤模型,對(duì)試驗(yàn)的四種工況進(jìn)行數(shù)值模擬,通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果比較驗(yàn)證了水動(dòng)力模型的可靠性。最后,利用所建立的模型模擬了液壓壩塌壩形成局部定床在行洪過(guò)程中對(duì)變曲率段沖淤的影響,為液壓壩群的設(shè)計(jì)、運(yùn)行提供參考。主要結(jié)論如下:(1)變曲率水槽中無(wú)液壓壩時(shí),流速最大值并未在近液面處,順直段流速最大值在距槽底2/5水深處,過(guò)渡段及彎曲段的流速最大值出現(xiàn)在距槽底4/5水深處。水槽中加入液壓壩群,各液壓壩上游縱向流速沿水深方向變化很小,流速分布均勻,而各壩下游流速沿水深分布及大小差異較大,流速最大值的出現(xiàn)位置都不同,且三座液壓壩下游處流速最大值均為負(fù)值,即出現(xiàn)回流;在液壓壩運(yùn)行的各種工況下,紊動(dòng)能沿水深方向減小,水槽中加入液壓壩會(huì)減小其紊動(dòng)能;水槽中液壓壩豎起的越多,最后一道液壓壩的上下游水位差越大。(2)Delft3D對(duì)各工況下的水位模擬精度都較高,對(duì)于流速,無(wú)液壓壩時(shí)的工況模擬值與試驗(yàn)值吻合度高,其他三種工況由于液壓壩的存在,且模型僅考慮了液壓壩引起的能量損失,并未考慮其引起的水流結(jié)構(gòu)的變化,因此模型對(duì)平均流速模擬效果較好而對(duì)點(diǎn)流速模擬精度較差。(3)無(wú)液壓壩時(shí),變曲率段凸岸縱向流速較凹岸大很多,在凸岸彎頂?shù)纳嫌翁幒哟矝_刷,在凸岸彎頂下游處存在局部低流速區(qū),因而此處床面最早出現(xiàn)淤積,形成邊灘。凹岸彎頂?shù)纳舷掠闻c凸岸相反,上游先淤積,下游沖刷。水槽中加入液壓壩且塌壩后,液壓壩壩面連同液壓壩基底及防沖措施形成局部定床。與無(wú)壩情況下相比,液壓壩處及其上游淤積,下游沖刷,對(duì)彎曲段沖淤無(wú)明顯影響。但適當(dāng)增加液壓壩底座基底高程可減小壩下游沖刷長(zhǎng)度,且能減小彎曲段的沖刷深度和淤積厚度。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TV135.2

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本文編號(hào)：2727212