彎道環流

彎道環流

彎道環流原理,又稱彎道環流水沙分流原理。

水流在彎道段內作曲線運動所產生的離心力,使表流指向凹岸,底流指向凸岸,在斷面內形成封閉的橫向環流。此環流與縱向水流結合在一起,形成順主流方向呈螺旋形向前運動的水流。

基本介紹

  • 中文名:彎道環流
  • 外文名:circulationcurrent in river bend
原理,變化,
由實際觀察可知,在天然河道上,一般彎道部分占80%~90%,所以河道基本上都是彎曲的。河流在直線河段上的水深、流速、含沙量的分布是比較均勻的。而在彎道上相反,因離心力的作用,使凹岸水面雍高凸岸水面降低。河流的流速分布是表層大,底層小。因離心力的大小與水流流速的二次方成正比,故離心力的分布也是表層大底層小。由於水面差而產生的側壓力沿水深為一常數,其方向和離心力相反。這兩種作用力合力的方向,就是水流運動的方向。這樣彎道表層水流由凸岸流向凹岸,底層水流則有由凹岸流向凸岸,從而形成橫向環流。和縱向流動疊加後,整個水流則呈螺旋狀前進。在凹岸,水流從上向下,且流速較大,含沙量較小,因受重力的作用,底流中的泥沙便淤積在凸岸,形成水淺流緩的淺灘。如果凹岸不堅固,還會出現彎道不斷向下游移動的現象。
根據彎道環流水沙分流原理,若將取水口布置在凹岸適宜的位置,則可引取表層較清的水流,而含有大量推移質的底流則運離取水口,流向凸岸,使入渠泥沙大大減少。這對於防止泥沙入渠是十分有利的。相反,若取水口設在凸岸,則將引進大量泥沙。

原理

彎道水流內部的旋轉運動,在橫斷面上的投影呈環形,與主流疊加在一起呈螺旋式向前運動。彎道中可能只有一個大的環流,也可能有大小不同的幾個環流,環流可以占據整個河道橫斷面,也可能只占據河道橫斷面的一部分。
水流作曲線運動時必然產生離心力。在離心力的作用下,彎道凹岸水面升高、凸岸水面降低,形成水面橫比降。離心力的大小與縱向流速的平方成正比,縱向流速沿水深分布是不均勻的,水面大,河底小,因此離心力沿水深分布也是上大下小。而由水面橫比降所引起的橫向壓差則沿水深不變,二者合成後,上層水體所受的力指向凹岸,下層水體所受的力指向凸岸,從而使上層水體向凹岸流動,下層水體向凸岸流動,形成了環流(見圖)。彎道環流的流速大小與縱向平均流速、河道彎曲半徑和水深等因素有關。
彎道環流

變化

沿水深各處環流的強度是不同的,水面和靠近河底處環流強度較大,水流中部附近環流速度等於零。環流強度沿程也是變化的。在同一橫斷面上不同部位環流的強度也不同。
流量變化時,環流情況也有變化。在彎道進口處,中枯水期雖然水深和流速較小,但因彎曲半徑小,其環流較洪水時強。在頂沖點附近,洪水期有較大的水深和流速,其環流較中枯水期強。
彎道環流是彎道水流的主要特徵,它是引起泥沙橫向搬運的主要動力,是促使彎道凹岸沖刷和凸岸淤積變形的主要原因。

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