淹沒丁壩誘導局部河床變形研究

《淹沒丁壩誘導局部河床變形研究》是依託武漢大學，由陸晶擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：淹沒丁壩誘導局部河床變形研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陸晶
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

丁壩是國內外河道整治中常見的工程措施，近年來在河湖生態修復領域也有所套用，但其導致的局部河床變形削弱了丁壩的防護作用，嚴重者適得其反。目前，對丁壩誘導局部河床變形的研究成果主要集中於非淹沒丁壩，對淹沒丁壩的研究多集中於水流結構特點的討論。因此，淹沒丁壩誘導局部河床變形機理的研究具有重要意義。本項目將採用理論分析、試驗觀測及原型資料收集相結合的手段，對淹沒丁壩誘導局部河床變形問題進行研究。考慮常規河床變形影響因素的同時，重點探討壅水作用和非均勻沙的影響，構築壅水繞流擠壓模式，進行力學分析，從理論上研究淹沒丁壩誘導局部河床變形的機理，探討丁壩擾流與河床變形的耦合機制，確定河床局部變形尺度與諸因素的定量關係。通過系列試驗率定相關參數，檢驗壅水繞流擠壓模式、河床局部變形尺度定量描述的合理性與適應性。.本項目成果用於河道整治和河湖生態修復領域，將對丁壩設計具有指導意義，可使丁壩設計更加合理、可靠。

結題摘要

為了研究淹沒丁壩誘導河床的變形機理，課題組主要開展了以下研究。 課題組收集整理了國內外對淹沒丁壩的研究成果，從水力學問題和泥沙問題兩個方面進行了分析歸納。 課題組構造了淹沒丁壩繞流擠壓模式，從理論上推導了淹沒丁壩壩頭處床面沖刷的極限深度計算式，實驗資料驗證表明該理論計算式可以較好地計算正挑淹沒丁壩壩頭處極限沖刷深度，但需要計算者對丁壩水流結構特性、河床組成特性等具有較為透徹的了解；另外，對於非正挑淹沒丁壩，需要考慮挑角和壅水的影響，需要更為合理的模式對計算式進行修正，在獲得較好的模式前，可採用已有的關於挑角影響的研究成果對計算結果進行簡單的修正。 課題組通過試驗對淹沒丁壩附近河床的動水壓力進行了觀測，分析了床面動水壓力的時均值、脈動幅值、脈動強度等統計特性。試驗成果表明，丁壩引起的附近床面動水壓力統計特性與挑角的大小、丁壩是否被淹沒、以及淹沒深度有關。尤其是挑角對各項統計特性的影響明顯，通過統計特性分析可以看出，上挑丁壩對水流的擾動最大，正挑丁壩稍小，下挑丁壩較小。 課題組重點對淹沒丁壩誘導的局部河床變形進行了試驗研究，對誘導河床變形的水流結構進行了觀測分析，對影響河床變形的主要因素進行了單因素對比試驗，分析了淹沒深度、全斷面平均流速、床沙粒度、挑角等對淹沒丁壩附近河床局部沖刷坑形態及深度的影響。試驗成果表明，床沙的粗細影響到是沖刷坑規模的大小，但對沖刷坑形態的影響可以不予考慮；全斷面平均流速越大，沖刷坑規模越大。同等條件下，上挑淹沒丁壩壩後近岸段呈淤積態勢，而下挑時壩後近岸段則呈現略沖態勢。壩頭附近床面沖刷情況以上挑丁壩最為嚴重，下挑丁壩最輕，正挑丁壩居中，且較接近上挑丁壩。因此，設計中淹沒丁壩挑角的確定要結合工程設定目的進行選擇。