棱锥体结构对弯道水流的改善与布置参数优化研究

张桂金

(建平县白山水库管理处，辽宁 建平 122400)

1 研究背景

水利工程实践中，多数天然河道均具有蜿蜒、弯曲的平面分布形态。在河流的弯道中，水流将出现水面横比降、二次环流等复杂的流动现象[1]。天然河流的流动都属于紊流状态，紊流是与流体的运动密切相关的，在复杂水流结构条件下，紊流的各向异性将体现出来[2]。自1876年J.Thomson通过试验首次发现弯道螺旋流以来，弯道水流便一直受到国内外相关专家和学者的强烈关注[3]。他们普遍认为，弯道产生的复杂流动结构会对河岸的稳定性产生影响，因此需要布置相应的护岸工程[4]。根据弯道水流的流态，可将其划分为弯道急流和弯道缓流[5]。急流的水流流态更差，会对河岸产生更强的破坏性，所以弯道流态改善的研究主要针对弯道急流展开，本文研究的范围也属于弯道急流。近年来，随着我国进一步加大在水力资源开发以及河道整治工程领域的投资力度，许多工程建设中都需要对河道的弯道流态进行改善[6]。从目前已有的工程实践来看，主要有超高法、丁坝以及调整池等[7]。上述方法设施各有优劣，往往需要结合使用，优势互补[8]。为了进一步丰富和优化弯道水流流态改善的工程技术手段，在借鉴相关研究成果的基础上，本文提出了一种钢筋混凝土三棱锥体结构，其四面中有两面临空，一面与河岸贴合，其临空面又包括与上游来流方向成一定夹角的面，以及一个下游端面。此次研究主要通过模型试验方式，对三棱锥体结构对弯道水流改善的作用进行分析，并对其布置参数进行优化。……