连续弯道水槽水流结构与床面形态试验研究

发布时间：2025-07-09 04:04

　　 连续曲率弯曲河道是河流的常态,而河道弯曲引起的二次流是河床地形和河岸变动的主要动力.采用三维多普勒高级点式流速仪和Trimble TX8三维扫描仪,分别对模型40个断面和床面形态进行三维流速数据和床面形态数据采集.通过水流和床面试验,研究了连续曲率弯道水槽水流结构变化与床面形态短期演变特性.研究结果表明:模型弯道处水面发生扭曲,最大横比降位于各弯段弯顶下游.纵向流速在垂向上呈先增大后减小的趋势,这体现了明渠水流最大流速发生在自由水面以下.各断面存在一个主环流和一个反向小环流,部分断面出现3个或更多环流结构,且环流出现的位置横向流速在垂向上改变方向.环流强度最小值位于各弯段弯顶附近.在各弯段凹岸附近,纵向流速存在小流速区,床面形态均存在与小流速区相对应的床面平整区.活体柔性植被均匀种植的工况Run-4最大淤积和冲刷深度均小于无植被种植的工况Run-3,这说明弯曲边界引发的二次环流是河床地形的主要动力.活体柔性植被根系和植株对床沙和水流均产生影响,起到了增大河床阻力的作用.

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【部分图文】：

图1 试验装置三维简图

本试验在天津大学河流海岸工程泥沙试验室连续弯道循环水槽中进行，整个水槽由一个有机玻璃弯道段、上下游水箱、两个过渡直道段、循环水泵以及连接管道组成，图1为试验装置三维简图，每个弯段的中轴线表述公式为ψ=θmsin(2πs/M)．其中ψ为实际的偏角，θm为最大偏角，s为下游曲线长度，....

图2 测量断面

使用ADV对模型40个断面进行三维流速数据采集，测量断面见图2．图中横杠“-”前代表某个弯段各测量断面的相位，横杠后代表正弦派生弯段的序号，相位2πs/M=360°，每个断面共304个测点，试验断面测点布置见图3.图3断面测点布置示意

图3 断面测点布置示意

图2测量断面本试验床面形态测量选取TrimbleTX8三维扫描仪对弯道床面整个形态进行扫描，该三维扫描仪的测量范围为0.9～600m，距离的测量精度1mm+1.5μm，角度测量精度1″，该扫描仪安装在配套三脚架上，通过设置4个测站单元对试验床面形态进行扫描，扫描仪对4个测....

图4 植株密度实拍图

工况Run-1为床面无铺沙条件，对连续弯道水槽进行清水冲刷试验，通过控制流量和水深能够很好地保证水流的稳定，进而可以测量整个弯道内的三维流场情况；工况Run-2为床面铺沙动床试验，铺沙厚度10cm，床沙中值粒径为0.236mm；工况Run-3为床面铺沙动床试验，铺沙厚度10....

本文编号：4057122