论文部分内容阅读
弯曲型河流是自然界最为常见的河流形态之一,当水流流经弯道时,液体质点在重力和离心惯性力的共同作用下,横断面上形成二次流,与主流的纵向速度叠加,构成螺旋流;凹岸水位较高,表面的水流从凸岸流向凹岸,进而潜入水底往朝凸岸流去,又翻到水面凹岸,如此循环,最终凹岸造成冲刷而凸岸造成淤积。因此研究并优化弯道曲线形式,进而改善弯道水流流态、缓解弯道床底冲刷对于河流治理、港口兴建、引水排沙、桥墩防冲以及改善河道航运等方面,具有重要意义。本文通过引入可以舒缓水流冲击力和离心力作用的对称基本型弯道、非对称A型弯道和非对称B型弯道这三种新的弯道型式,在清水定床和清水冲刷两种工况下,利用MIKE 3软件流场模型(Flow Model FM)中的水动力模块(HD)和泥沙输移模块(ST),模拟了四种弯道型式下弯道的水面形态、水流流态及河床冲淤变形,研究了能够减轻水流对河床及堤身、堤脚冲蚀破坏的最优弯道型式。经过数值模拟得出了以下结论:(1)插有缓变曲线三种弯道型式的水面超高及横比降较单曲线弯道大幅减小,对称基本型弯道幅度最为明显。(2)插有缓变曲线弯道的近底流速远小于单曲线弯道,因此泥沙横向输移程度小于单曲线弯道,这表明插有缓变曲线的弯道可有效减小泥沙的横向输移。(3)插有缓变曲线的三种弯道冲深明显比单曲线弯道浅。(4)插有缓变曲线弯道可改善弯道水流流态,滞后顶冲点位置,缩短凹岸冲刷长度,其中对称基本型弯道的效果最为明显。(5)从冲淤趋势及水面形态上看,各种弯道对于改善水面形态、减小冲刷程度的效果依次为:对称基本型弯道>非对称A型弯道>非对称B型弯道>单曲线弯道。