丁坝回流区试验.docx

河海大学 2013年试验报告试验二 丁坝回流区试验1 实验目的和要求丁坝是航道整治工程中最常用的建筑物，当水位低于丁坝坝顶高程时，水流受到丁坝雍阻，迫使水流流向河心，绕过坝头下泄，在坝下游形成回流区。不同的丁坝布置形式，所形成的回流区范围不同，并直接影响到整治工程中丁坝间距的布置。所以，丁坝回流区范围、回流区形态变化及其回流强度大小，是航道整治工程中需要密切关注和研究的问题。2 实验内容观测和记录丁坝坝体在某一水流强度情况下的坝下游回流区流态和范围大小，同时测量回流区范围内的回流流速平面分布。3 实验原理如图所示，将丁坝放置在顺直水槽中。各个断面在水槽两侧和水槽中间设置3条测流垂线。实验时测量并记录每条垂线处的水位以及每条垂线水深为0.4h、0.5h、0.6h和0.8h处的流速。根据测量记录的数据分析掌握丁坝附近的水流特性，丁坝下游回流区流态和范围大小，回流区范围内的回流流速平面分布。4 实验步骤1.阅读和掌握实验目的、实验要求以及实验内容。2.熟悉和掌握精密水位仪的使用原理与操作方法。3.熟悉和掌握旋浆式流速仪的使用原理与操作方法。 4.开启水泵，调节水槽尾门，保持沿程水流恒定状态。 5.放置丁坝，待水流稳定后，采用木砂示踪剂观测流线、回水区域。6.在丁坝前后测流断面上沿水槽宽度设置3个测流垂线，测量记录水位流速。 7. 整理试验数据提交试验成果报告5 实验数据记录表1 长丁坝水位流速测量记录表截面编号位置(m)水位(cm)各相对水深处测量流速（cm/s）垂线平均流速(cm/s)垂线0.2h0.4h0.6h0.8h11.8左岸9.9126.526.726.724.126.7右岸9.8236.238.540.037.838.5平均9.9322.123.225.722.123.223.6左岸10124.224.030.323.624.0右岸9.8235.140.036.735.840.0平均9.9322.626.520.525.326.534.8左岸8.314.76.46.78.56.4右岸9.3248.653.949.750.653.9平均8.8346.254.746.144.854.746.0左岸7.8123.320.016.118.520.0右岸8.3257.256.857.659.756.8平均8.0341.842.545.240.442.5表2 短丁坝水位流速测量记录表截面编号位置(m)水位(cm)各相对水深处测量流速（cm/s）垂线平均流速(cm/s)垂线0.2h0.4h0.6h0.8h11.8左岸9.8126.426.4右岸9.8243.243.2平均9.8327.827.823.6左岸9.3123.023.0右岸9.5240.840.8平均9.4326.526.534.8左岸8.316.706.70右岸9.0243.343.3平均8.6341.441.446.0左岸7.8112.712.7右岸9.0252.352.3平均8.4343.843.8注：垂线1距左岸10cm左右，垂线2于中间，垂线3距右岸10cm左右6 实验数据处理6.1水位沿程变化根据表1与表2中测量所得数据整理出水槽沿程各断面水位变化如表3、表4，并依此绘出水位沿程变化图。表3 长丁坝下水位沿程变化表测量位置断面1断面2断面3断面4左岸(cm)9.9108.37.8右岸(cm)9.89.89.38.3平均(cm)9.99.98.88.0距离(m)1.83.64.86.0表4 短丁坝下水位沿程变化表测量位置断面1断面2断面3断面4左岸(cm)9.89.38.37.8右岸(cm)9.89.59.09.0平均(cm)9.89.48.68.4距离(m)1.83.64.86.06.2流速沿程变化根据表1、表2所测得水槽沿程各断面的流速情况，得到各测杆所在位置出的流速沿程变化如表5与表6，并绘出各测杆垂线的平均流速沿程变化图。表5 长丁坝下流速沿程变化表测杆位置断面1断面2断面3断面4左岸平均26.723.06.420.0中间平均38.540.853.956.8右岸平均23.226.554.742.5表6 短丁坝下流速沿程变化表测杆位置断面1断面2断面3断面4左岸平均26.423.06.7012.7中间平均43.240.843.352.3右岸平均27.826.541.443.86.4流速沿水深分布分析流速沿水深分布情况，分别取长丁坝情况下的丁坝位置前断面1的三条垂线与丁坝位置后断面3的三条垂线分别作流速沿水深分布如表7，绘制流速沿水深分布图，作相应拟合。表7 流速沿垂线分布表截面编号位置(m)水位(cm)各相对水深处测量流速(cm/s)垂线0.2h0.4h0.6h0.8h11.89.9126.526.726.724.19.8236.238.540.037.89.9322.123.225.722.134.88.314.76.46.78.59.0248.653.949.750.68.6346.254.746.144.87 木砂示踪剂观测丁坝会对水流结构造成影响，产生回流区，此时为观测流线变化与回流区的特性，可加入示踪木屑来观测水流结构，现场回流区如图所示。丁坝后回流区木砂示踪图8 实验结果分析1.水位沿程变化:在丁坝前，断面1至断面2水位逐渐雍高；到丁坝后，水位开始降低，由于丁坝安置于左岸，左岸水位下降尤其明显。2流速沿程变化：不论在左岸加入长丁坝或短丁坝，由于水槽断面的减小，中间与右岸流速沿程增大，且增大幅度明显，左岸由于受到丁坝的阻挡作用，流速沿程急剧减小。3.流速沿着水深分布：在丁坝前的断面1处，流速沿水深分布基本成对数型，流速从水面至水底逐渐减小，且中间的流速整体大于两岸流速，考虑到实验过程中在测量0.8h处水深时部分螺旋桨由于测量误差暴露于空气中，拟合时忽略最上部的流速点；在丁坝后的断面3处，流速沿水深分布也基本满足对数分布，但此时左岸流速较右岸与中间明显减小，这是丁坝阻挡水流的结果。9实验思考题解析1、丁坝呈上挑、正挑、下挑不同布置形式时，坝下游回流区会发生什么变化？答：丁坝下游回流区内，水流结构与回流区大小均与坝轴线布置有关，横轴螺旋流的方向与丁坝轴线方向有关：上挑丁坝情况下，螺旋流指向坝田；下挑丁坝情况下，螺旋流方向相反；丁坝呈正挑时，螺旋流介于二者之间。2、丁坝布置在弯曲河段凸岸