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水利工程论文-黄河三门峡库区泥沙模型的设计.doc

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水利工程论文-黄河三门峡库区泥沙模型的设计.doc

水利工程论文黄河三门峡库区泥沙模型的设计摘要本文针对多沙水库特点,首次采用黄河泥沙模型相似律和异重流运动相似条件的最新研究成果,完成了三门峡水库泥沙动床模型的模型沙选择和比尺设计。利用水库自然滞洪淤积及降水冲刷资料进行的验证试验结果表明,模型较好地复演了原型的水沙运动规律及河床变形。关键词三门峡水库模型设计异重流1引言开展小浪底水库运用方式研究,需要通过物理模型这一重要手段进行试验,为选择水库最优运用方式提供科学依据。由于小浪底水库正在兴建中,其模型不具备验证试验的条件,因此,我们选用位于小浪底水库上游,水沙条件及河床边界条件较为相近,且具有丰富观测资料的三门峡水库进行验证。亦即通过三门峡库区模型的验证试验,确定小浪底水库模型的主要比尺。本文运用黄河泥沙模型相似条件及异重流运动相似条件,开展了三门峡泥沙模型的设计。2模型相似条件开展黄河水库模型设计,其相似条件除包括水流重力相似、水流阻力相似、泥沙悬移相似、水流挟沙相似、河床冲淤变形相似、泥沙起动及扬动相似外,还要着重考虑异重流运动相似条件。对于泥沙沉速比尺ΛΩ、含沙量比尺ΛS等基本比尺,按照黄河泥沙模型相似律1开展设计。而在考虑异重流运动相似方面,则需要根据笔者的最新研究成果2进行计算,即应满足异重流发生或潜入相似条件ΛSEΓΛK11/ΓSMΓ/ΓSMSPΛK1ΛΓSΓ/ΛΓS1异重流挟沙相似条件ΛSEΛSE2水流连续相似条件ΛTEΛL/ΛV3式1~3中足标“M”、“P”、“E”分别代表模型、原型及异重流有关值;ΓS、Γ为泥沙及水的容重;ΛS为含沙量S的比尺;ΛL为水平比尺;ΛV为流速比尺;ΛT为时间比尺。式1中ΛK1为考虑浑水容重沿垂线分布不均匀性而引入的修正系数的比尺,修正系数K1的定义式为4在运用式4时,尚需引入异重流含沙量分布公式。由于紊动扩散作用及重力作用仍是决定异重流挟沙运动的一对主要矛盾,其浓度沿水深的分布及挟沙能力规律与一般挟沙水流应当类似。因此,作为模型设计可引用张红武的含沙量沿垂线分布公式1计算异重流含沙量沿垂线分布。为保证模型与原型水流流态相似,还许满足浑水有效雷诺数REM8000含沙量较小时,REM为一般雷诺数的4倍及模型水深HM15CM的限制条件。3几何比尺及模型沙选择31几何比尺确定从满足试验精度要求出发,根据原型河床条件、HM15CM的要求及对模型几何变率问题的前期研究结果,确定水平比

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