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水利工程论文-空腔回流区水沙特性的计算分析.doc

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水利工程论文-空腔回流区水沙特性的计算分析.doc

水利工程论文-空腔回流区水沙特性的计算分析摘要:建立了回流区水深平均平面二维水流泥沙数学模型,提出了平衡输沙模式下回流区泥沙淤积计算方法;采用长江科学院空腔回流泥沙淤积水槽试验数据,验证了回流区泥沙淤积计算方法的可行性和精度;通过数模计算分析,一方面加深了空腔回流区环流结构及含沙量分布的机理认识,另一方面研究了模型变率对回流区水沙特性的影响。关键词:空腔回流区二维水沙数模环流结构1概述河道水流由纵向水流(主流)和次生流(副流)构成。当次生流与纵向水流结合在一起时,将形成螺旋流,弯道水流属于典型的螺旋流;当次生流基本上脱离纵向水流形成相对封闭的环流时,即产生了回流。回流流动形态上的封闭性是相对的,回流区内的水流与泥沙仍然与纵向主流区的水流和泥沙不断地进行着质量、动量及能量的交换,这种交换主要是通过回流区交界面(即紊动掺混区)进行的;回流区水流及泥沙的运动呈现出强烈的三维运动特性,如:竖轴环流(天然河道中最为常见的回流形态)不仅存在着平面上的环流运动,还存在着上下层水流和泥沙之间的强烈掺混;挟沙水流河道或水槽中的回流区既可能发生泥沙冲刷,也可能出现泥沙淤积,这主要取决于回流区环流强度、河床组成以及纵向水流含沙量等因素,天然河道中的回流区以泥沙淤积为主[3~5]。回流区环流结构和泥沙淤积特性的研究不仅具有理论意义,而且对于三峡工程泥沙问题的研究具有实际应用价值。三峡水库变动回水区河段呈现出宽窄相间、浅滩交错的河道形态,存在着许多港池回流区,如青岩子河段的沙湾,丝瓜碛河段的五羊背,铜锣峡河段的郭家沱、唐家沱和明月沱等;盲肠河段或渠段口门回流区的泥沙淤积也是三峡工程重要泥沙问题之一,已建的葛洲坝工程三江上下游引航道以及在建的三峡工程五级船闸引航道均存在着口门回流泥沙淤积及对策研究问题;两江汇合和分汊河道汇流区也会产生小及强度不等的回流区,它们对于河口拦门沙的形成及分汊河道的演变等具有重要作用;较为典型的回流区还包括汛期泄洪时坝前电厂两侧回流,丁坝、围滩及取排水口等工程局部区域回流等。采用数学模型模拟回流区环流结构和计算回流区泥沙淤积是一种有效的方法之一。对于枢纽及河道泥沙实体模型,一方面模型设计以重力相似作为水流动力相似的首要条件,而让水流紊动粘性的相似产生偏离;另一方面部分模型采用了变态模型(特别是水库变动回水区模型和河口模型);加之,模型比尺一般较小,水流和泥沙测量等模型

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