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小浪底水库控制运用以后,改变了进入黄河下游河道的水沙条件及洪水过程,中、小流量出现的几率大大提高。目前已建的河道整治工程能否适应这一新的水沙条件,已经成为黄河下游亟待解决的重大问题。所以,开展中小流量作用下黄河下游护湾工程控导影响下的河湾特性研究工作,具有重要的现实意义。
在以往研究成果的基础上,以黄河下游某典型河段为对象,利用前人提出的高含沙水流模型相似率,按照重力相似,阻力相似,悬沙悬移相似和河床变形相似条件,确定模型比尺;通过概化模型试验,研究了中小流量作用下丁坝护湾工程对水流的控导效果,提出与之相适应的河道整治参数。
结合不同的来流条件和控导工程布置方案,分别进行了8个组次的试验。对试验结果进行了对比分析,可以得出:当控导工程弯道半径R确定后,综合圆心角度ψ′过小,则工程会失去控导水流的作用,主流脱离工程在其下游形成弯道。如果ψ′过大,尤其在较大流量作用下,控导工程下游会出现畸形河湾,不利于控制河势的发展。在本次试验中,综合圆心角度及控导工程弯道半径取值范围分别为70°<ψ′<90°和1800m<R<2300m时,控导工程导流效果较佳。
根据弯道水流运动的基本原理,提出一系列基本假设使研究河湾流路的演变规律这一问题得到合理的简化,并从平面河相关系角度出发提出了相邻河湾之间会存在一定程度上的相似性,然后利用模型试验结果,验证了相邻河湾相似性概念的合理性。
本文基于综合圆心角度ψ′及相关因子,提出了相邻河湾过渡段长度计算公式;研究了河湾的局部阻力损失,并提出河湾局部阻力损失系数公式,以上结论对于河湾工程设计参数有较大的参考价值。
本文依据弯道环流的基本特性,在前人研究的基础上,从紊流时均运动方程出发,利用混合长度假设及数值逼近方法,提出了简单实用的环流流速沿垂线分布公式,并利用罗索夫斯基水槽资料对公式进行验证,拟和性较好。利用该公式并结合悬移质泥沙扩散方程,可以计算模拟弯道中泥沙横向输移问题。