丁壩回流區(qū)試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(河海港航)

1、丁壩回流區(qū)試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^實(shí)驗(yàn)研究丁壩附近的水位、水流特性，加深對丁壩在航道整治中的作用的理解。2、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀測和記錄一種丁壩長度、丁壩高度在某一水流強(qiáng)度情況下的丁壩附近水位、水流、回流區(qū)流態(tài)和范圍；2、改變丁壩長度幾個(gè)組次，觀察回流區(qū)流態(tài)和范圍。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備丁壩回流區(qū)試驗(yàn)主要在綜合試驗(yàn)水槽順直段進(jìn)行。主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器包括試驗(yàn)水槽、丁壩模型、水尺、旋漿式流速儀、采點(diǎn)箱。水槽斷面寬1.2m，高0.4m，縱向長16.6m，設(shè)有直線段10m和彎曲段6.6m，彎曲段中軸線彎曲半徑為3m。丁壩模型采用混凝土制成，高20cm，壩體長度分別為30cm和50cm。實(shí)驗(yàn)用品主要包括木砂（跟

2、蹤劑）。3、 實(shí)驗(yàn)原理丁壩是航道整治工程中最常用的建筑物。丁壩的壩根與河岸連接，壩頭伸向河心，在平面上與河岸構(gòu)成丁字形。當(dāng)水位低于丁壩壩頂高程時(shí)，水流受到丁壩雍阻，迫使水流流向河心，繞過壩頭下泄，在壩下游形成回流區(qū)。不同的丁壩布置形式，下游所形成的回流區(qū)范圍是不同的，并直接影響到整治工程中丁壩間距的布置。所以，丁壩回流區(qū)范圍、回流區(qū)形態(tài)變化及其回流強(qiáng)度大小，是航道整治工程中需要密切關(guān)注和研究的問題。本實(shí)驗(yàn)是在“水流流速場試驗(yàn)”完成之后，在順直段斷面2和斷面3之間放置一個(gè)丁壩模型，其測流斷面和測流垂線的位置均和“水流流速場試驗(yàn)”一樣，即順直段各斷面距進(jìn)口的距離分別為178.6cm、294cm、5

3、84cm、850cm；中間的那個(gè)測流垂線(垂線3)位于水槽中軸線上，兩邊的測流垂線（垂線1和垂線2）分別距水槽右側(cè)、左側(cè)21.5cm。分別測得各斷面、各條測流垂線上相對水深為0.4h、0.6h和0.8h處的流速和水槽左右側(cè)的水位，即可研究丁壩附近水位、水流特征。4、 實(shí)驗(yàn)步驟1、 閱讀和掌握實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)要求以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；2、熟悉和掌握旋漿式流速儀的使用原理與操作方法；3、開啟水泵，調(diào)節(jié)水槽尾門，保持沿程水流恒定狀態(tài)；4、放置丁壩，待水流穩(wěn)定后，采用木砂示蹤劑觀測流線、回水區(qū)域；5、在丁壩前后測流斷面上沿水槽寬度設(shè)置3個(gè)測流垂線，每條垂線沿水深測量和記錄3點(diǎn)流速；并測量各斷面左右側(cè)的水位；6、

4、改變丁壩長度幾個(gè)組次，觀察回流區(qū)流態(tài)和范圍；7、計(jì)算整理試驗(yàn)結(jié)果。5、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、計(jì)算及繪制圖像1、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（1） 水位數(shù)據(jù)，如下表1放置丁壩后順直段斷面水位斷面編號斷面距進(jìn)口距離/cm左側(cè)水位/cm右側(cè)水位/cm1178.614.514.522941414358413.514485013.814說明：左側(cè)是指沿水流方向看去的左手邊。 表1（2） 流速數(shù)據(jù)，如下表2放置丁壩后斷面流速測量記錄斷面編號斷面距進(jìn)口距離/cm相對水深測點(diǎn)流速cm/s垂線1垂線3垂線21178.60.8h1820.625.70.6h16.617.222.90.4h16.817.22022940.8h12.81

5、8.525.90.6h13.422.532.50.4h22.919.12235840.8h40.218.96.30.6h41.330.8100.4h49.33618.348500.8h40.829.19.70.6h39.133.79.20.4h37.140.56.6 表2 2、 數(shù)據(jù)計(jì)算 根據(jù)各斷面流速測量記錄，取各測流垂線上距水底相對水深0.4h處的流速，可得相應(yīng)的垂線平均流速，如下頁表3。放置丁壩后斷面流速測量記錄斷面編號斷面距進(jìn)口距離/cm相對水深測點(diǎn)流速cm/s垂線平均流速cm/s垂線1垂線3垂線2垂線1垂線3垂線21178.60.8h1820.625.716.817.2200.6h1

6、6.617.222.90.4h16.817.22022940.8h12.818.525.922.919.1220.6h13.422.532.50.4h22.919.12235840.8h40.218.96.349.33618.30.6h41.330.8100.4h49.33618.348500.8h40.829.19.737.140.56.60.6h39.133.79.20.4h37.140.56.6表33、 繪制圖像（1）放置丁壩后水位沿程變化圖，如下圖1圖1 為了便于分析丁壩的作用，這里又分別作出左側(cè)和右側(cè)在放置丁壩前后的水位比較圖，如下頁圖2和圖3圖2圖3（2）放置丁壩后水流流速沿程變化

7、圖，如下頁圖4圖4（3） 丁壩前、后斷面流速沿水深分布圖A、 丁壩前斷面2流速沿水深分布圖，如下圖5圖5B、 丁壩后斷面3流速沿水深分布圖，如下圖6圖6（4）放置丁壩后垂線平均流速沿水槽寬度方向分布圖，如下圖7圖7（5）放置丁壩后垂線平均流速的平面分布圖，如下頁圖6圖66、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析下面分別從放置丁壩后水位特征和水流流速分布特征兩方面分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（1） 放置丁壩后水位特征 分析圖1，不難發(fā)現(xiàn)水流流向丁壩時(shí)比降減小；左側(cè)水位的變化比右側(cè)大。分析圖2可得，斷面1和斷面2（壩上）的左側(cè)水位在放置丁壩后都升高了，說明丁壩產(chǎn)生了雍水。分析圖3可得，斷面3和斷面4（壩下）的右側(cè)水位在放置丁壩后都升高

8、了，這可能與壩下左側(cè)產(chǎn)生的回流區(qū)有關(guān)。（2） 放置丁壩后水流流速分布特征首先放置丁壩后水流流速分布與放置丁壩前的水流流速分布相比較發(fā)生了很大的變化。分析圖4，水槽右側(cè)測流垂線的垂線平均流速在丁壩附近是最大的（與左側(cè)垂線和中軸線上垂線相比較），且在斷面3流速取得最大值（與其它斷面相比較），這應(yīng)該是由于丁壩迫使水流流向右岸、水流收縮，而且水流繞過丁壩后由于慣性力的作用還會(huì)繼續(xù)收縮，所以右側(cè)測流垂線的垂線平均流速較大且在斷面3流速最大。比較圖5和圖6，可以發(fā)現(xiàn)在丁壩的前后斷面水流流速沿水深的分布發(fā)生了較大變化。分析圖6可以發(fā)現(xiàn)丁壩下游的水流垂線平均流速分布于無丁壩時(shí)的情況差別非常大，此時(shí)最大的垂線平

9、均流速靠近右岸。7、 分析思考題1、丁壩呈上挑、正挑、下挑不同布置形式時(shí)，壩下游回流區(qū)會(huì)發(fā)生什么變化？答：壩下游回流區(qū)內(nèi)橫軸螺旋流的方向與丁壩軸線方向有關(guān)。丁壩呈上挑時(shí)，螺旋流指向壩田；丁壩呈下挑時(shí)，螺旋流方向相反；丁壩呈正挑時(shí)，螺旋流介于前面二者之間。當(dāng)然丁壩不同布置形式時(shí)，丁壩后回流區(qū)的大小也不近相同。 2、丁壩布置在彎曲河段凸岸或者凹岸側(cè)時(shí)，丁壩下游回流區(qū)又會(huì)發(fā)生什么變化？答：丁壩布置在彎曲河段凸岸時(shí)，主流進(jìn)一步被挑向凹岸，壩后回流區(qū)范圍較大，由于主槽和壩區(qū)存在較強(qiáng)的橫向流速差, 主槽和壩區(qū)水流不斷交換, 形成強(qiáng)紊動(dòng)性的三維水流。丁壩布置在彎曲河段凹岸時(shí)，水流紊動(dòng)強(qiáng)烈，主流集中在水槽中部

10、，壩后回流區(qū)流速較小，甚至出現(xiàn)負(fù)流速。3、 當(dāng)丁壩向河坡度發(fā)生變化時(shí)，或靠岸河床底部保持一定橫向坡度時(shí)，壩下游回流區(qū)發(fā)生什么變化？答：對于淹沒丁壩，當(dāng)丁壩向河坡度發(fā)生變化時(shí)，或靠岸河床底部保持一定橫向坡度時(shí)，若丁壩頂高程是升高的，則壩下回流區(qū)的范圍變大且回流強(qiáng)度變大，若丁壩頂高程是降低的，則壩下回流區(qū)范圍變小且回流強(qiáng)度變小。4、當(dāng)拋石丁壩建設(shè)初期、壩體發(fā)生透水透漏時(shí)，壩下回流區(qū)會(huì)發(fā)生什么變化？答：壩下回流區(qū)的范圍會(huì)變小、強(qiáng)度變小。理由如下：在丁壩壩頭外主流與丁壩掩護(hù)區(qū)緩流強(qiáng)大摩擦梯度作用下，在壩下會(huì)產(chǎn)生回流區(qū)。由于當(dāng)拋石丁壩建設(shè)初期、壩體發(fā)生透水透漏時(shí)，一部分水流就透過壩體流向下游，丁壩對水流的收縮作用也減弱，則丁壩掩護(hù)區(qū)