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低坝工程对弯道水流特性影响试验和数值模拟

2023-10-07牛志攀赵惟扬孟楚轲

水科学进展 2023年4期

牛志攀,杨 航,赵惟扬,孟楚轲,龙 屹

(1. 四川大学灾后重建与管理学院,四川 成都 610207;2. 四川大学水力学与山区河流开发重点实验室,四川 成都 610065)

水流通过弯道时,离心力的作用会破坏原有的水面平衡,导致凹岸水面升高,凸岸水面降低,形成水面横比降;同时在横断面上形成螺旋,进一步引起水流流速重新分布[1-2]。这些特征导致弯道凹岸侧受冲刷破坏严重,水面超高也易引发洪涝灾害,对地面路基和居民建筑产生威胁;而凸岸和河心极易产生泥沙淤积,形成岸滩和河心滩[3-4]。例如,长江嘶马弯道100多年来已累计崩退达1 500 m,工程损坏及岸线后退严重,2019年下半年累计清淤354.55万m3,同时受横向水流影响,嘶马弯道也是船舶交通事故多发地,2017—2020年就发生了7起船舶交通事故[5-6];2019年8月20日,汶川县发生强降雨引发山洪,房屋受损602户,直接经济损失达32亿,其中凹岸建筑破坏程度远大于凸岸[7]。

改善弯道水流逐渐得到重视,学者们提出了诸多改善弯道水流的工程措施,主要可分为两大类:一是通过工程措施阻扰弯道水流,达到改变水流流向或消能的作用,如粗糙条、丁坝、调整池和垂直导向翼等[8-11];二是通过对弯道水流施加侧向力来平衡离心力对水流的影响,如渠底超高法、复曲线法等[12-13]。这些措施均能在一定程度上起到改善弯道水流流态的作用,但在改善流速分布、降低水面横比降和水面超高方面各有优劣,有时候需要结合使用进行优势互补,流量的适用范围也有差异[11]。……

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