● 摘要
摘 要:在河道内设置大尺度阻水体缩窄河道后，水流在局部范围发生较大变形，局部水流由渐变流转化为急变流，阻水体后形成大尺度的涡系扩散区，并在其向下游的传播过程中，受阻水体尺度的增大以及阻水体与来流夹角的变化，形成不稳定的摆动水流，使水流流线的方向和弯曲程度发生较大变化，在局部和长距离范围对流场和河床冲淤产生较大影响，可能产生一些不利的流态和河势，影响河流的稳定及工程安全。为使该项研究工作具有理论指导意义和工程实际意义，结合黄河下游特定河段条件，分别开展了从河道中部、单岸和双岸三种缩窄水流型式的相应试验研究。不同试验条件所取得的主要创新成果如下：1、河道中部缩窄型式在恒定流的条件下，研究了来流强度和阻水体与水流的夹角变化时，阻水体后形成的相对涡系长度、流速分布和局部冲刷的发展变化规律，通过分析建立了平衡局部冲刷深度与缩窄水流尺度和水流强度之间的关系式，经过对比验证提出了适合黄河下游特定河段计算恒定流平衡局部冲刷深度的公式。2、河道中部缩窄型式非恒定流洪水过程中的局部冲刷深度与恒定流情况有明显差异且有必然联系。综合分析建立了非恒定流洪水过程中极限局部冲刷深度公式，揭示了非恒定流极限局部冲刷深度与恒定流平衡冲刷深度之间的联系，反映了非恒定流洪水洪峰型式及涨峰速率对极限局部冲刷深度的影响参数。公式物理意义明确，计算方法简便，对黄河下游细沙河床有较好适应性。3、单岸缩窄型式试验研究发现：（1）相对缩窄尺度、缩窄位置和边界条件是影响流场和主流位移变化的三大主要影响因素。（2）随着缩窄尺度的增大，断面流速分布、主流位移、上游壅水、河道冲淤等变化也相应增大，当相对缩窄尺度超过0.50时，其相应变化速率明显增大。（3）缩窄位置变化时相对边界条件发生相应改变，当相对缩窄尺度较大时对主流位移和扩散水流变化影响较大，造成缩窄断面下游河道工程靠流长度大幅度减小甚至基本脱流的严重现象，并进一步引起下游河势的连锁反应，导致其它河道工程对水流的控导效果，加剧该段河道水流的游荡散乱。4、双岸缩窄型式试验研究发现：当相对缩窄尺度较大时，缩窄断面上游产生主流分离现象，断面流速分布呈现由单峰发展为双峰的驼峰现象，从而引起流态的相应变化使得水流运动变化更加复杂，加剧河道水流的游荡散乱，严重影响河道的稳定，增大河道整治的难度。上述研究成果，可作为黄河下游河道和其它细沙河床河流修建大尺度缩窄河道工程时，相关规划、设计、论证时确定有关参数的参考使用。