動(dòng)床丁壩壅水試驗(yàn)研究

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1、動(dòng)床丁壩壅水試驗(yàn)研究-工程設(shè)計(jì)動(dòng)床丁壩壅水試驗(yàn)研究-工程設(shè)計(jì)動(dòng)床丁壩壅水試驗(yàn)研究-工程設(shè)計(jì)動(dòng)床丁壩壅水試驗(yàn)研究-工程設(shè)計(jì)動(dòng)床丁壩壅水試驗(yàn)研究　　摘要：定床條件下丁壩的壅水研究成果已經(jīng)很多，而動(dòng)床條件下丁壩壅水鮮有報(bào)導(dǎo)。本研究利用水槽試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合，在定床方面，討論了丁壩挑角對(duì)壅水的影響；在動(dòng)床方面，提出了補(bǔ)償流量的概念，結(jié)合定床壅水公式，給出動(dòng)床淹沒群壩壅水計(jì)算方法，計(jì)算結(jié)果與水槽實(shí)測(cè)資料相符。　　關(guān)鍵詞：阻擋流量,補(bǔ)償流量,局部水頭損失,壅水　　1前言　　丁壩以其造價(jià)低廉、施工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航道整治、防洪護(hù)岸等工程中。修建丁壩后，束窄了原有河床，改變了水流條件，增加了局部

2、水頭損失，從而引起丁壩上游水面壅高，給河道行洪帶來(lái)負(fù)面的影響。對(duì)于淹沒丁壩的壅水許多學(xué)者進(jìn)行了不少相關(guān)的研究，研究?jī)?nèi)容多是從阻力的角度來(lái)建立局部水頭損失系數(shù)與流量壓縮比的關(guān)系，進(jìn)而得出壅水。以往對(duì)丁壩上游壅水的研究多限于定床情況，而實(shí)際河道當(dāng)中放置丁壩后河床會(huì)受到?jīng)_刷，過(guò)水?dāng)嗝婷娣e得到一定補(bǔ)償，丁壩引起的壅水也會(huì)相應(yīng)減小。動(dòng)床丁壩壅水特別是洪水位的壅高對(duì)工程有實(shí)際的指導(dǎo)意義，這關(guān)系到河道的行洪能力和防洪安全，因此有必要對(duì)此開展研究?！　?淹沒丁壩壅水理論分析　　2.1定床壅水計(jì)算　　1、阻擋流量　　丁壩上游壅水的根本原因，在于丁壩的不透水性，使對(duì)水流起阻擋和壓縮作用。這樣，原來(lái)可以通過(guò)丁

3、壩壩體的那部分水流必須繞過(guò)壩體從壩頂溢過(guò)或從壩頭以外至對(duì)岸流過(guò)。為此，通常定義，由于丁壩阻擋原水流使之繞過(guò)壩體通過(guò)的那部分流量為阻擋流量?！　?duì)于矩形河槽，布設(shè)丁壩時(shí)假定流速沿河槽寬度分布均勻，而流速沿水深的分布假定符合指數(shù)分布規(guī)律即式（1）：　　式中u為距床面距離為y處的流速，U0為垂線平均流速，m為指數(shù)，H0為原水深。根據(jù)以往的研究，可取m=6，因此阻擋流量有如下表達(dá)式[4]　　式中L為壩長(zhǎng)，D為壩高。此公式僅適用于單壩情況?！　⊥瑫r(shí)引入丁壩對(duì)水流的阻擋和壓縮程度的參數(shù)-流量壓縮比η=,其中Q為河槽總流量?！　?、壅水計(jì)算方法[2]　　如圖所示，Ⅰ-Ⅰ為丁壩上游最大壅水?dāng)嗝妫瑹o(wú)丁壩和

4、有丁壩時(shí)的水深分別為h1、h1+△z；流速分別為V1及V1+△V。Ⅱ-Ⅱ斷面取在丁壩下游水位不變處，且有、無(wú)丁壩時(shí)的水深為h2，流速為V2。能量方程　　式（4）、（5）相減，化簡(jiǎn)后得到（6）由試驗(yàn)資料即可確定局部水頭損失，亦可以表示成式（7）形式，其中為局部水頭損失系數(shù)　　已有的研究成果[1]表明，單壩局部水頭損失系數(shù)是流量壓縮比η=的函數(shù)，　　上述式（4）~（6）是對(duì)于丁壩局部水頭損失與壅水關(guān)系的推導(dǎo)。淹沒單壩的局部水頭損失可以通過(guò)式（8）和（7）求得，淹沒多丁壩的局部水頭損失的影響因素比淹沒單丁壩復(fù)雜，一般來(lái)說(shuō)，其局部水頭損失不能視為同一條件下各單丁壩水頭損失系數(shù)的簡(jiǎn)單疊加，因?yàn)槎?/p>

5、群之間的間距遠(yuǎn)較單個(gè)丁壩對(duì)水流的影響范圍小。應(yīng)強(qiáng)等人[6][7]認(rèn)為，對(duì)通常所稱的雙丁壩情況而言，其中的下游丁壩可視為在已建上游丁壩的條件下的單丁壩水流問(wèn)題；對(duì)通常所稱的三丁壩而言，下游丁壩也可以看做是在已建上游雙丁壩條件下的單丁壩水流問(wèn)題；四丁壩及諸如對(duì)口丁壩等其他情況，也可以做類似分析。因此群壩的局部水頭損失可以認(rèn)為　　其中Qbi為第i壩阻擋流量?？梢?，如果已知各丁壩的阻擋流量，通過(guò)式（7）和（8）就可以求出群壩的局部水頭損失，再通過(guò)式（6）可求出壅水值?！　?.2動(dòng)床壅水理論計(jì)算方法　　1、補(bǔ)償流量　　不同于定床，在動(dòng)床情況下，建壩后床面不斷沖刷、調(diào)整，壩頭形成局部沖刷坑，同時(shí)床面

6、也發(fā)生普遍沖刷，這就使得過(guò)水?dāng)嗝婷娣e得到一定增加，削弱了丁壩的阻水效果，起到一定的補(bǔ)償作用。與阻擋流量的概念類似，這里引入補(bǔ)償流量的概念：即河道中設(shè)置丁壩后河床受到?jīng)_刷，使得丁壩所在斷面過(guò)流面積增加，通過(guò)增加面積的那部分流量稱為補(bǔ)償流量，記為。由建壩前后斷面流量和輸沙量相等作為基本條件可知，河床被丁壩縮窄后由于沖刷所增加的面積應(yīng)小于原來(lái)被丁壩縮窄的面積[3]。另外，考慮補(bǔ)償流量后的流量壓縮比為η，=(Qb-Qc)/Q。補(bǔ)償流量的計(jì)算方法與丁壩阻擋流量的計(jì)算方法類似，只是在計(jì)算時(shí)近似的將增加的那部分過(guò)水面積平均到丁壩斷面上，B為河槽寬度，可以得出：　　式中Dc為丁壩斷面B1上平均沖刷深度。

7、此公式僅適用于單壩情況?！　?、壅水計(jì)算方法　　動(dòng)床條件下考慮補(bǔ)償流量后，單丁壩局部水頭損失系數(shù)可表示為：　　淹沒單壩的局部水頭損失可以通過(guò)式（11）和（7）求得。對(duì)于群壩，同樣，下游壩流量的補(bǔ)償可以看成上游已建壩情況下的單壩水流泥沙問(wèn)題。比如對(duì)于雙壩情況，已有定床單壩實(shí)測(cè)流速分布及動(dòng)床下游壩丁壩斷面B1上的平均沖深Dc，補(bǔ)償流量可以通過(guò)流速在Dc范圍內(nèi)的積分求得，三丁壩、四丁壩及諸如對(duì)口丁壩等其他情況，也可以做類似分析。在計(jì)算動(dòng)床