動床丁壩壅水試驗研究

《動床丁壩壅水試驗研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、動床丁壩壅水試驗研究-工程設(shè)計動床丁壩壅水試驗研究-工程設(shè)計動床丁壩壅水試驗研究-工程設(shè)計動床丁壩壅水試驗研究-工程設(shè)計動床丁壩壅水試驗研究　　摘要：定床條件下丁壩的壅水研究成果已經(jīng)很多，而動床條件下丁壩壅水鮮有報導(dǎo)。本研究利用水槽試驗和理論分析相結(jié)合，在定床方面，討論了丁壩挑角對壅水的影響；在動床方面，提出了補償流量的概念，結(jié)合定床壅水公式，給出動床淹沒群壩壅水計算方法，計算結(jié)果與水槽實測資料相符?！　￡P(guān)鍵詞：阻擋流量,補償流量,局部水頭損失,壅水　　1前言　　丁壩以其造價低廉、施工簡單等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于航道整治、防洪護(hù)岸等工程中。修建丁壩后，束窄了原有河床，改變了水流條件，增加了局部

2、水頭損失，從而引起丁壩上游水面壅高，給河道行洪帶來負(fù)面的影響。對于淹沒丁壩的壅水許多學(xué)者進(jìn)行了不少相關(guān)的研究，研究內(nèi)容多是從阻力的角度來建立局部水頭損失系數(shù)與流量壓縮比的關(guān)系，進(jìn)而得出壅水。以往對丁壩上游壅水的研究多限于定床情況，而實際河道當(dāng)中放置丁壩后河床會受到?jīng)_刷，過水?dāng)嗝婷娣e得到一定補償，丁壩引起的壅水也會相應(yīng)減小。動床丁壩壅水特別是洪水位的壅高對工程有實際的指導(dǎo)意義，這關(guān)系到河道的行洪能力和防洪安全，因此有必要對此開展研究?！　?淹沒丁壩壅水理論分析　　2.1定床壅水計算　　1、阻擋流量　　丁壩上游壅水的根本原因，在于丁壩的不透水性，使對水流起阻擋和壓縮作用。這樣，原來可以通過丁

3、壩壩體的那部分水流必須繞過壩體從壩頂溢過或從壩頭以外至對岸流過。為此，通常定義，由于丁壩阻擋原水流使之繞過壩體通過的那部分流量為阻擋流量?！　τ诰匦魏硬?，布設(shè)丁壩時假定流速沿河槽寬度分布均勻，而流速沿水深的分布假定符合指數(shù)分布規(guī)律即式（1）：　　式中u為距床面距離為y處的流速，U0為垂線平均流速，m為指數(shù)，H0為原水深。根據(jù)以往的研究，可取m=6，因此阻擋流量有如下表達(dá)式[4]　　式中L為壩長，D為壩高。此公式僅適用于單壩情況。　　同時引入丁壩對水流的阻擋和壓縮程度的參數(shù)-流量壓縮比η=,其中Q為河槽總流量。　　2、壅水計算方法[2]　　如圖所示，Ⅰ-Ⅰ為丁壩上游最大壅水?dāng)嗝?，無丁壩和

4、有丁壩時的水深分別為h1、h1+△z；流速分別為V1及V1+△V。Ⅱ-Ⅱ斷面取在丁壩下游水位不變處，且有、無丁壩時的水深為h2，流速為V2。能量方程　　式（4）、（5）相減，化簡后得到（6）由試驗資料即可確定局部水頭損失，亦可以表示成式（7）形式，其中為局部水頭損失系數(shù)　　已有的研究成果[1]表明，單壩局部水頭損失系數(shù)是流量壓縮比η=的函數(shù)，　　上述式（4）~（6）是對于丁壩局部水頭損失與壅水關(guān)系的推導(dǎo)。淹沒單壩的局部水頭損失可以通過式（8）和（7）求得，淹沒多丁壩的局部水頭損失的影響因素比淹沒單丁壩復(fù)雜，一般來說，其局部水頭損失不能視為同一條件下各單丁壩水頭損失系數(shù)的簡單疊加，因為丁壩

5、群之間的間距遠(yuǎn)較單個丁壩對水流的影響范圍小。應(yīng)強(qiáng)等人[6][7]認(rèn)為，對通常所稱的雙丁壩情況而言，其中的下游丁壩可視為在已建上游丁壩的條件下的單丁壩水流問題；對通常所稱的三丁壩而言，下游丁壩也可以看做是在已建上游雙丁壩條件下的單丁壩水流問題；四丁壩及諸如對口丁壩等其他情況，也可以做類似分析。因此群壩的局部水頭損失可以認(rèn)為　　其中Qbi為第i壩阻擋流量。可見，如果已知各丁壩的阻擋流量，通過式（7）和（8）就可以求出群壩的局部水頭損失，再通過式（6）可求出壅水值?！　?.2動床壅水理論計算方法　　1、補償流量　　不同于定床，在動床情況下，建壩后床面不斷沖刷、調(diào)整，壩頭形成局部沖刷坑，同時床面

6、也發(fā)生普遍沖刷，這就使得過水?dāng)嗝婷娣e得到一定增加，削弱了丁壩的阻水效果，起到一定的補償作用。與阻擋流量的概念類似，這里引入補償流量的概念：即河道中設(shè)置丁壩后河床受到?jīng)_刷，使得丁壩所在斷面過流面積增加，通過增加面積的那部分流量稱為補償流量，記為。由建壩前后斷面流量和輸沙量相等作為基本條件可知，河床被丁壩縮窄后由于沖刷所增加的面積應(yīng)小于原來被丁壩縮窄的面積[3]。另外，考慮補償流量后的流量壓縮比為η，=(Qb-Qc)/Q。補償流量的計算方法與丁壩阻擋流量的計算方法類似，只是在計算時近似的將增加的那部分過水面積平均到丁壩斷面上，B為河槽寬度，可以得出：　　式中Dc為丁壩斷面B1上平均沖刷深度。

7、此公式僅適用于單壩情況。　　2、壅水計算方法　　動床條件下考慮補償流量后，單丁壩局部水頭損失系數(shù)可表示為：　　淹沒單壩的局部水頭損失可以通過式（11）和（7）求得。對于群壩，同樣，下游壩流量的補償可以看成上游已建壩情況下的單壩水流泥沙問題。比如對于雙壩情況，已有定床單壩實測流速分布及動床下游壩丁壩斷面B1上的平均沖深Dc，補償流量可以通過流速在Dc范圍內(nèi)的積分求得，三丁壩、四丁壩及諸如對口丁壩等其他情況，也可以做類似分析。在計算動床