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枢纽下游河床冲刷变形规律研究

程小兵  
【摘要】: 随着枢纽建设不断增速,枢纽坝下冲刷变形相关规律研究变得越来越迫切。更好的预测枢纽建成后对河道的影响,是更好为工程建设和国民经济服务的先决条件。枢纽坝下冲刷变形,影响因素众多,相互关系复杂,以前的研究受制于各方面条件,往往将问题大大简化,只是考虑一两个参数的定向研究,建立估算公式,远不能满足现在工程研究要求,理论上也无法形成统一体系。因此,开展枢纽坝下冲刷变形规律研究有很大的现实意义及理论意义。 本文在对国内外有关文献进行综合分析的基础上,以水槽试验为主要手段,结合一定的理论分析,着重探讨了枢纽清水下泄条件下下游推移质输沙率及其变化规律、极限冲刷深度和水位变化等内容。本文所作工作及所得主要结论如下: (1)参阅了国内外有关枢纽下游冲刷河床变形的文献资料,对枢纽下游河床变形的研究理论及计算方法进行了综合评述。 (2)总结了国内外已建的十余座水库下游,不同河床组成条件下的调整规律。统计结果显示:极限冲刷深度一般不超过2~3m;比降变化较复杂,无明显规律;河宽变化与河岸组成关系密切,展宽率一般不大;床沙粗化是清水冲刷所引起床沙调整的必然,粗化既是冲刷的产物,反过来又制约冲刷,在河床调整中起支配性作用。 (3)设计了详细的水槽试验方案,对不同床沙级配、不同水深条件、不同流速条件进行组合水槽试验。测得了大量的试验数据,根据这些实测数据,对水槽床沙冲刷情况进行了各种因素的影响比较和分析。 (4)提出推移质输沙率变化分两个阶段,即稳定阶段和衰减阶段。提出可以预估河段输沙量变化的估算公式,该公式可以预估河段任一断面和任一时刻推移质输沙量。 (5)根据沙量守恒原理得到冲刷深度估算公式,式中包括悬移质和推移质两个部分。由这两部分结合所得的公式,计算结果与实测资料吻合也良好。 (6)通过水槽试验,论证了粗化层的三种类型,揭示了沙质河床粗化层厚度略大于沙波高度的机理,即底流不稳定性和沙波非恒定性。根据沙量平衡原理,从理论上导出了粗化层级配公式,并进行了验证计算。 最后,提出了还有待于进一步研究的问题以及模型试验的改进建议。


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