双丁坝水流特性的水槽试验和数值模拟研究

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1、学校代码：10264研究生学号：M120306641上海海洋大学硕士学位论文题目：双丁坝水流特性的水槽试验和数值模拟研究StudyontheFlowCharacteristicsaroundDoubleSpur英文题目：DikesUsingFlumeExperimentandNumericalSimulation专业：环境科学与工程研究方向：河流动力学及海岸动力学姓名：胡田指导教师：顾杰教授二O一五年六月十三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

2、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

3、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詹咏上海理工大学副教授主席印春生上海海洋大学教授委员刘浩上海海洋大学副教授委员丁俊上海海洋大学秘书答辩地点教学楼2111答辩日期2015.6.4上海海洋大学硕士学位论文双丁坝水流特性的水槽试验和数值模拟研究摘要丁坝是河道整治工程、海岸防护工程和防洪工程中常见的水工建筑物，研究丁坝附近的水流特性不仅具有重要的水力学研究价值，而且对丁坝尺寸的确定、坝头结构的优化和丁坝间距的布置等都有实际的指导意义。本文首先对近年来丁坝附近水流结构的研究现状进行了简要的回顾和评述，在结合前人研究成果的基础上，利用物理模型试验和数值模拟计算

4、的方法，从理论上对双丁坝附近水流特性进行了更深入的研究。物理模型试验部分，在水槽中采用不同流量、不同水位条件下进行了双丁坝附近水流特性的试验，重点研究了双丁坝附近的流场分布和沿程水面线的变化规律以及不同流量、不同水位对双丁坝附近水流特性的影响，试验结果表明：（1）双丁坝对丁坝附近水流结构起到了很好地调整作用，水流的流向在丁坝的坝头前发生明显偏转，在丁坝附近形成了大小不同的漩涡，并在丁坝坝田区域形成了回流区。（2）在第一座丁坝的上游出现了明显的壅水现象，丁坝上游水位抬高，流速减小；水流绕过坝后出现跌水现象，至第二座丁坝附近，水位一直降低；在远离第二座丁坝下游一段距离之后，水位缓缓回升

5、。（3）第一座丁坝的高流速区分布在坝头，第二座丁坝的高流速区偏向主槽中间分布，二者的共同作用使水流流速发生重分布。（4）当水位一定时，随着流量的增大，第一座丁坝坝头区域的高流速区逐渐向丁坝上游移动，但在第二座丁坝附近的水流流态逐渐发生紊乱。（5）当流量一定时，随着水位的增高，第一座丁坝坝头区域的高流速区逐渐向丁坝下游移动，但在第二座丁坝附近的水流流态反而更加平稳。数值模拟计算部分，利用MIKE3对双丁坝附近的流场分布和水位变化进行了数值模拟，并用物理试验结果对模拟结果进行了验证，验证结果拟合较好，证明了所建立的MIKE3数值模型用于分析双丁坝附近的水流特性是可行的。在此基础上，用数

6、值模型分别模拟了不同工况下双丁坝附近的三维水流特性，模拟结果表明：（1）在x方向上，在靠近主槽中间都会形成大范围的高流速区，高流速区范围在垂向上表现为近底层最小、中层次之、近表层最大。（2）在y方向上，流速远小于x方向上的流速，在丁坝坝头附近都会形成流I上海海洋大学硕士学位论文速相对较大的区域，该区域的范围在近表层、中层和近底层的分布变化基本一致。（3）在z方向上，流速更小，在第一座丁坝坝头附近形成较小范围的流速相对较大的区域，该区域在水流的近表层、中层和近底层都有分布；而在第二座丁坝的坝头附近形成的流速相对较大的区域只在近表层和中层出现。关键词：双丁坝，水流特性，PIV，水槽试验

7、，数值模拟，MIKE3II上海海洋大学硕士学位论文StudyontheFlowCharacteristicsaroundDoubleSpurDikesUsingFlumeExperimentandNumericalSimulationABSTRACTSpurdikeisahydraulicstructurefrequentlyusedinriverregulationprojects,coastalprotectionprojectsandfloodcontrolpr