实验分析不同水力坡度单丁坝近区水流结构——数值分析南汇东滩丁坝促淤工程对水动力的影响.pdf

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1、学校代码：10264研究生学号：M150306599上海海洋大学硕士学位论文实验分析不同水力坡度单丁坝近区题目：水流结构——数值分析南汇东滩丁坝促淤工程对水动力的影响ExperimentalAnalysisofDifferentHydraulicGradientsonFlowStructuresnearaSpurDike英文题目：——NumericalAnalysisoftheImpactoftheNanhuiEastTidalFlatReclamationProjectonHydrodynamics专业：环境科学与工

2、程研究方向：河口、海岸工程与河流动力学姓名：郑宇华指导教师：顾杰教授二O一八年四月四日上海海洋大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海海洋大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规

3、定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日上海海洋大学硕士学位论文答辩委员会成员名单姓名工作单位职称备注仇雁翎同济大学教授主席上海清宁环境规划甘树应高级工程师委员设计有限公司马红梅中国极地研究中心高级工程师委员章喆上海海洋大学秘书答辩地点

4、2教110室答辩日期2018/5/23上海海洋大学硕士学位论文实验分析不同水力坡度单丁坝近区水流结构——数值分析南汇东滩丁坝促淤工程对水动力的影响摘要天然河道总是处在不断地冲淤变化过程中，水流冲刷河床，使河床变形，河床的变形又促使水流结构发生变化，在河道中修筑水工建筑物后，对河床演变将产生较大影响。丁坝作为常用的水工建筑物，广泛应用于航道整治、海岸防护和圈围造陆中，它改变了原有的河床过水断面形态，引起了水流结构改变及河床冲淤变化，并导致河床坡度发生调整。研究丁坝近区水流的绕流机制及对河势的影响有助于优化丁坝的结构设计、

5、提高水工建筑物的稳定性以及加强河道岸线的防护措施。本文通过回顾和总结近年来丁坝附近绕流的研究现状，发现目前丁坝实验研究大多是在单一床面坡度中进行，且长江口丁坝工程的研究缺少对横沙通道河势演变的分析。因此，本文结合了实验分析和实际工程，在微观上，利用水槽试验分别研究了变坡淹没丁坝和非淹没丁坝近区的水流结构，在宏观上，通过数值模拟计算分析了南汇东滩丁坝促淤工程对长江口主要河道水动力的影响。物理实验部分，针对不同水力坡度，利用PIV技术和自动水位测量系统，对淹没和非淹没条件下丁坝近区的水流结构进行了试验研究，得到的结论主要如

6、下：（1）丁坝近区流速呈扇状分布，流速自丁坝迎水面开始沿逆时针方向逐渐增大，至坝头前紊动掺混区流速达到最大，在坝根处流速最小。（2）在不同水槽坡度下，淹没丁坝附近雷诺应力的变化幅度都大于非淹没丁坝的情况。在负坡时，淹没丁坝与非淹没丁坝附近雷诺应力较大的区域都集中分布在丁坝下游紊动掺混区的上段。（3）水流经过淹没丁坝向下游延伸出一条较宽的“海带状”强紊动区域，当水槽坡度为-2‰~0时，淹没丁坝下游强紊动区域随着水槽坡度的增大而减小，当水槽坡度为1‰~2‰时，该强紊动区域随着水槽坡度的增大而增大；而水流经过非淹没丁坝向下游

7、延伸出的强紊动区域呈细长的“狭条形”，该区域随着水槽坡度的升高逐渐向主流区及上游扩散。（4）丁坝下游回流区的变化与水槽坡度的关系不甚明显。但对非淹没丁坝坝I上海海洋大学硕士学位论文头近壁区流速与坝后回流长度的关系分析后，得到了两者的数学表达式，且计算精度较高，并由此论证了在较小的流速变化范围内，坝头边界层的流速决定了坝后回流区的长度。在实际工程应用中，当河流水流速度变化较小时，坝头的粗糙程度及水流的扰动程度将直接影响坝后回流区的大小。（5）丁坝近区各观测点水位的增加幅度与水槽坡度的变化存在较好的对应关系；在负坡时，丁坝

8、对水流的影响范围更大。随着水槽坡度的升高，淹没丁坝上游最高水位位置向下移动，丁坝下游水位恢复点的位置则向上移动；非淹没丁坝坝后跌水的最低点逐渐向下移动。数值模拟部分，针对南汇东滩丁坝促淤工程的实施，采用MIKE21软件建立了长江口二维潮流数学模型，根据实测水文数据对模型进行验证后，模拟计算了工程前后长江口各汊道的水动力变化，得到的