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推移质翻越低坝输移特性的试验研究

晏自立 徐元 李丹勋

晏自立, 徐元, 李丹勋. 推移质翻越低坝输移特性的试验研究[J]. 水科学进展, 2020, 31(3): 356-365. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.005
引用本文: 晏自立, 徐元, 李丹勋. 推移质翻越低坝输移特性的试验研究[J]. 水科学进展, 2020, 31(3): 356-365. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.005
YAN Zili, XU Yuan, LI Danxun. Experimental study on characteristics of bed load transport over low-head, run-of-river dams[J]. Advances in Water Science, 2020, 31(3): 356-365. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.005
Citation: YAN Zili, XU Yuan, LI Danxun. Experimental study on characteristics of bed load transport over low-head, run-of-river dams[J]. Advances in Water Science, 2020, 31(3): 356-365. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.005

推移质翻越低坝输移特性的试验研究

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.005
基金项目: 

国家重点研发计划资助项目 2016YFC0402308

国家自然科学基金资助项目 51879138

详细信息

Experimental study on characteristics of bed load transport over low-head, run-of-river dams

Funds: 

The study is financially supported by the National Key R & D Program of China 2016YFC0402308

The National Natural Science Foundation of China 51879138

图(10) / 表 (4)
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-27
  • 网络出版日期:  2020-04-03
  • 刊出日期:  2020-05-01

推移质翻越低坝输移特性的试验研究

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.005
    基金项目:

    国家重点研发计划资助项目 2016YFC0402308

    国家自然科学基金资助项目 51879138

    作者简介:

    晏自立(1997—) , 男 , 江西宜春人 , 博士研究生 , 主要从事水力学及河流动力学方面研究。 E-mail : yanzl19@mails.tsinghua.edu.cn

    通讯作者: 李丹勋 , E-mail : lidx@mail.tsinghua.edu.cn
  • 中图分类号: TV142.2

摘要: 对于山区河流低坝而言,平时淤积在坝前的推移质粗沙可能会在洪水期集中翻越坝顶,形成高强度输沙。本文开展水槽试验,研究推移质粗沙自上游起动、推进、再翻越坝顶后向下游输移的过程,分析了输沙参数的变化特性及数理规律,描述了翻坝输沙模式及运动特征,揭示了输沙规律与河床形态之间的自然联系。取得如下认识:①输沙量随时间大致以幂函数规律增长。②低坝附近区域河床形态终将趋于稳定,上游和下游均形成相对稳定的曲面斜坡淤积体。③在不同的水流强度下推移质翻坝输移模式存在差异。对于一般水流强度工况,上游淤积体曲面斜坡表面泥沙颗粒以滚动或滑动模式起动,推移至接近坝顶位置时再跃移翻坝,后向下游输移;对于更高水流强度工况,后期的翻坝输沙模式可能发生显著转变,周期性边壁漩涡成为翻坝输沙的主要动力来源。

English Abstract

晏自立, 徐元, 李丹勋. 推移质翻越低坝输移特性的试验研究[J]. 水科学进展, 2020, 31(3): 356-365. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.005
引用本文: 晏自立, 徐元, 李丹勋. 推移质翻越低坝输移特性的试验研究[J]. 水科学进展, 2020, 31(3): 356-365. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.005
YAN Zili, XU Yuan, LI Danxun. Experimental study on characteristics of bed load transport over low-head, run-of-river dams[J]. Advances in Water Science, 2020, 31(3): 356-365. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.005
Citation: YAN Zili, XU Yuan, LI Danxun. Experimental study on characteristics of bed load transport over low-head, run-of-river dams[J]. Advances in Water Science, 2020, 31(3): 356-365. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.005
  • 径流式低坝是山区河流上常见的水工建筑物, 通常横贯整个河道, 坝顶一般可以过流。在平水期, 坝体的滞水作用在一定程度上加重了泥沙特别是粗沙在坝前淤积;在洪水期, 淤积在坝前的泥沙可能会集中翻越坝顶形成高强度输沙。近年来长江上游部分支流在洪水期的输沙更为集中, 单一场次洪水输沙量占全年的比重显著增加[1], 可能与梯级低坝运行造成的“零存整取”有一定关系。

    与高坝大库对河床质粗沙接近100%的拦蓄效率[2]不同, 径流式低坝的拦沙模式更为复杂。总体上, 低坝拦沙作用与水流挟沙作用之间的制衡关系随工况变化更为敏感。对于既定的山区河流低坝而言, 泥沙翻坝输移特性随水流条件变化而产生显著差异。Csiki和Rhoads[3]通过野外实地考察对美国伊利诺伊州4座低坝进行了研究, 发现泥沙在上、下游之间基本上呈连续性, 表明水流可以挟沙(包括河床质粗沙)翻坝。Pearson和Pizzuto[4]通过数值模拟结合野外实地考察, 发现低坝拦沙能力有限, 泥沙会在完全淤满库容之前就翻坝输移。Sindelar等[5]通过物理模型试验手段, 研究了砾石质河床上径流式电站堰高对泥沙连续性的影响, 给出的量纲一化结果对指导工程实践有一定价值, 但其研究侧重于关注河床形态演变及床沙粒径