【摘要】：由于人類活動對河流生態(tài)系統(tǒng)的過度消耗,河流年徑流量持續(xù)下降,部分河流已變成“季節(jié)河”或“時令河”,有的甚至常年無水。在中小河流核心區(qū)修建液壓壩群是實現(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也會對河道水力特性產(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河道水力特性及沖淤影響非常必要。本文首先通過在變曲率水槽中設(shè)置三道液壓壩進(jìn)行物模試驗,基于試驗結(jié)果分析了液壓壩群在四種工況下對水槽中的流速、水位及紊動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力模型與沖淤模型,對試驗的四種工況進(jìn)行數(shù)值模擬,通過與試驗結(jié)果比較驗證了水動力模型的可靠性。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程中對變曲率段沖淤的影響,為液壓壩群的設(shè)計、運行提供參考。主要結(jié)論如下:(1)變曲率水槽中無液壓壩時,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;在液壓壩運行的各種工況下,紊動能沿水深方向減小,水槽中加入液壓壩會減小其紊動能;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對各工況下的水位模擬精度都較高,對于流速,無液壓壩時的工況模擬值與試驗值吻合度高,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,因此模型對平均流速模擬效果較好而對點流速模擬精度較差。(3)無液壓壩時,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。與無壩情況下相比,液壓壩處及其上游淤積,下游沖刷,對彎曲段沖淤無明顯影響。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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TV135.2

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本文編號：2727212