為了給水生植被修復(fù)工程提供一種潛在的解決方案,文章通過物理模型試驗研究了一種主壩與支壩相結(jié)合的新型柔性壩下游斷面的水流分布特性。分別測試了不同淹沒度、流量和支壩角度組合下,壩后斷面水平流速和相對于無壩時流速變化率的垂向分布。研究表明:當(dāng)相對淹沒度較小時,水流主要通過下層的壩體透過,水體上層流速減小,下層流速增大,減速區(qū)在近表層;當(dāng)相對淹沒度為增大時,水流可翻越壩體通過,上層流速增大,下層流速減小,減速區(qū)在近底層。壩后斷面水平流速的垂向分布規(guī)律受入流流量變化的影響不大,且垂線上的流速隨著流量的增大而增加;斷面流速變化率的垂向分布在3個流量級試驗下趨于一致。主壩與支壩呈90°夾角時對壩后斷面下層水流流速的垂向分布的改變最大,水流流速的變化率隨著夾角的增大而增大。 

【文章來源】：水道港口. 2020,41(05)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

試驗設(shè)置(單位:m)

圖1 試驗設(shè)置(單位:m)本文僅限于研究模型沿整個河流斷面均勻布置的情況,因此并沒有按比尺考慮河流的寬度(本試驗的原型河寬為3.6 m,小于表1中現(xiàn)場觀測的范圍),但后述試驗數(shù)據(jù)分析將證明水槽壁僅對近邊壁的水流存在一定的影響。將試驗靜水深與模型總高度(浮筒加壩體)之比定義為相對淹沒高度,本試驗擬在表1所示的范圍內(nèi)測試3種水深(0.45 m、0.55 m和0.65 m,分別對應(yīng)的相對淹沒度為0.88、1.08和1.28)、3個入流流量(0.05 m3/s、0.075 m3/s和0.1 m3/s)和3種不同排列方式的柔性生態(tài)導(dǎo)流壩物理模型。模型在保持主壩與水流方向垂直的情況下,通過改變支壩末段的位置,使支壩與主壩的夾角分別為90°、60°和30°,對應(yīng)排列A、B和C,阻水面積比A<B<C,如圖2所示。具體試驗測量分為3組:(1)在流量為0.05 m3/s和排列A時,通過分別測試上述3個相對淹沒度對應(yīng)的流速來研究相對淹沒度對壩體下游流速分布的影響;(2)在相對淹沒度為0.88和排列A時,通過分別測試上述3個入流流量對應(yīng)的流速來研究入流流量對壩體下游流速分布的影響;(3)在流量為0.05 m3/s和相對淹沒度為0.88時通過分別測量排列A、B和C對應(yīng)的流速來研究模型支壩和主壩的夾角對壩體下游流速分布的影響。

水流在壩體存在的前后改變可由流速變化率η來描述,定義為η=(v2-v1)/v1,其中,v1為投放柔性生態(tài)導(dǎo)流壩前測點的流速,v2為投放導(dǎo)流壩后的流速。由上述定義可知流速變化率的值越小,模型對該測點的減速效果越好。圖3-b展示了圖3-a三種淹沒度下有模型時的流速相對無模型時的減速率:在相對淹沒度0.88和1.08工況下流速變化率較為接近,均大約以相對水深z/h=0.55為界,分界點以上斷面平均流速變化率小于0,此時模型對水流具有減速效果,且該效果隨著相對水深的減小而加強,在水面附近可以達(dá)到40%;由于整個斷面流量守恒,在分界點以下則模型對水流具有加速效果,在水底附近水流加速了近80%;而在相對淹沒度為1.28時情況則相反,以相對水深z/h=0.6為分界點,在分界點以下,斷面平均流速變化率小于0,表現(xiàn)為減速,且減速效果隨著相對是水深的增加而加強,并在z/h=0.3位置達(dá)到最強,近60%;在分界點以上則對水流具有加速效果,最大加速率約為60%。2.2 入流流量對壩下游斷面水平流速垂向分布的影響

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3095012