箱式丁壩是視雙丁壩及其包圍的內(nèi)部區(qū)域為整體的一個單元體,在其上游丁壩上設置缺口,形成上游橫向交界面,可在箱體內(nèi)創(chuàng)造出豐富的水流結(jié)構(gòu)和地形環(huán)境,從而改善箱內(nèi)生境條件以達到生態(tài)保護的目的。故具有上游橫向交界面的箱式丁壩(即單缺口箱式丁壩)可成為潛在的廣泛應用于河流生態(tài)治理和恢復的新型水工建筑物。本文將具有上游橫向交界面(缺口)的箱式丁壩單元體作為研究對象,主要考慮以缺口長度占丁壩長度的比值(缺占比)、缺口偏離上游丁壩中心的比例(缺偏比)、缺口阻水率三個缺口形態(tài)參數(shù)作為研究變量,采用數(shù)值模擬試驗和物理模型試驗相結(jié)合的方法探討其對具有上游橫向交界面的箱式丁壩(單缺口箱式丁壩)水流結(jié)構(gòu)和水體交換過程的影響規(guī)律,并將研究結(jié)果模擬應用于工程當中以評價其效果,主要研究成果如下:(1)上游橫向交界面(缺口)形成后,箱式丁壩內(nèi)部存在明顯分區(qū),不僅存在相對平靜、泥沙易落淤的回溯環(huán)流區(qū)與渦流區(qū),還具有相對流速較大、泥沙易沖蝕的過缺口水流與繞流;相比常規(guī)實體丁壩具有更豐富的水流結(jié)構(gòu)。(2)缺占比越大,回溯環(huán)流區(qū)和渦流區(qū)的平面尺度越小,但流速無明顯差異;過缺口水流和繞流水的流速值越小;箱內(nèi)平均流速、交界面綜合交換流速越大;水體交換能力越強。缺占比為0.25時為較優(yōu)工況配置。(3)缺偏比的增減對過缺口水流和繞流水的流速值、水體交換能力均無較大影響;缺偏比越大,偏轉(zhuǎn)角度越小,渦流區(qū)平面尺度愈小,回溯環(huán)流區(qū)平面尺度愈大。缺占比接近或等于1時為較優(yōu)工況配置。(4)缺口阻水率小于0.5,過缺口水流偏向主流;缺口阻水率大于0.5,過缺口水流不發(fā)生偏轉(zhuǎn);缺口設置底坎可減小下潛流的流速,從而減輕下潛流對上游丁壩缺口段和壩頭的沖刷作用;缺口阻水率為0.4～0.5時為較優(yōu)工況配置。(5)生態(tài)保護型箱式丁壩工程設計中,缺占比不宜大于0.33、缺偏比不宜低于0.4、缺口阻水率不宜大于0.5,并綜合考慮水體交換能力適中的工況配置,才能保護回溯環(huán)流區(qū)尺度并制造局部沖槽為生物提供所需的庇護場所。(6)將較優(yōu)工況配置應用到閩江南港段,在上游丁壩設置缺口后,其壩頭周圍流速減小10%,壩頭壓力得到釋放;過缺口水流打破原回溯環(huán)流區(qū),使得箱內(nèi)既有生態(tài)棲息靜態(tài)區(qū)域,又有繁衍覓食動態(tài)區(qū)域。
【學位單位】：福州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TV863;TV135
【部分圖文】：

?各開挖了一個缺口，結(jié)果卻淤積出了五座小島將航道隔開，小島另一側(cè)便創(chuàng)造了??適合生物棲息的生態(tài)通道，詳見圖１－１。??■ＩＶ??愚??ＩＢＫｌｒＶ??（ａ）設置缺前?（ｂ）設置缺口后??圖１－１美國密西西比河上游某處箱式丁壩群??其改變箱式丁壩的橫向交界面帶來生態(tài)效應是積極可觀的，但對于該種箱式??丁壩的水流結(jié)構(gòu)和水體交換過程尚待研宄。本研宄的目的即通過研宄單橫向交界??面變化的箱式丁壩水力特性挖掘箱式丁壩潛在的生態(tài)效應，研究結(jié)果將有助于為??具有生態(tài)恢復功能的箱式丁壩設計提供科學依據(jù)。??１．２．４研究現(xiàn)狀小結(jié)??（１）針對丁壩水流結(jié)構(gòu)的研宄現(xiàn)狀，國內(nèi)外更多地從事單丁壩方面的研究，??５??

??（１）針對不同上游橫向交界面半開放式單個箱式丁壩的水流結(jié)構(gòu)研究，將??據(jù)所讀文獻選取一些水流條件參數(shù)（主要考慮近均勻流的流速、流量、水位）??上游橫向交界面形態(tài)參數(shù)（主要考慮缺占比、缺偏比、缺口阻水率），再將上??參數(shù)導入水槽數(shù)學模型，經(jīng)過ＲＮＧ紊流模式模擬水流繞箱式丁壩流動，將得??到的流速數(shù)據(jù)進行處理分析，探討單橫向交界面變化對箱式丁壩水流結(jié)構(gòu)的影響。??（２）針對上游橫向交界面變化的單個箱式丁壩水體交換過程研究，擬利用??體染色試驗將其水體交換過程可視化。試驗前，用薄板將箱式丁壩的橫、縱向??界面暫時封閉。通過觀察箱內(nèi)水體擴散路徑及其與主流紊動情況。?，??（３）針對箱式丁壩工程應用研宄，在上述兩方面的研宄成果之上，提出若??組較優(yōu)的箱式丁壩配置型式，同時建立閩江下游南港段的二維數(shù)值模型，將若??干組較優(yōu)的箱式丁壩配置型式應用到閩江南港段上，討論箱式丁壩在實際工程應??用上的生態(tài)效應。??具體技術路線見圖１－３：??單橫向交界面變化的箱式丁壩??

并調(diào)整大小使不同尺寸網(wǎng)格的變化平緩，以避免網(wǎng)格尺寸的突變使數(shù)值計算??不穩(wěn)定。??本章數(shù)值模型平面圖和立面圖分別如圖２－２和圖２－３所示，長１２ｍ、寬ｌｍ、??高０．３０ｍ。為了使入口段底部邊界層能夠充分發(fā)展，上游丁壩放置在距離入口?６ｍ??處，下游丁壩設置在距離入口?６．６ｍ處。坐標原點選在上游丁壩的壩根處，計算??模型均采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，在丁壩附近及底面進行局部加密，Ｘ、？和２方向的??網(wǎng)格數(shù)分別為２６０、６２、１４，網(wǎng)格總數(shù)共計２２５６８０個。??Ｉ０－６］?－＾―Ｉ?ｉＢＢｌ?．．．？圍???ｎ?－）?Ｊ?，?；ｌ：；ｉｒｐｖ?：?；．ｌ－；－７．，■；：?ｉｌｎ－ｉｉＭｉ，．?：＇■?＇￣￣￣Ｔ￣?＇?■?＇?＾?＇ｉ：：；！??？?｜?１?１?１?１?１?｜?１?Ｉ?１?Ｉ?１?Ｉ??－６－４－２?０?２?４?６??ｘ（ｍ）??圖２ｄ水槽
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本文編號：2841798