无丁坝时模型变率影响试验分析

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：可以看到，无丁坝时各模型的涨潮和落潮平均流速基本接近，变率对涨落潮平均流速影响不明显。可以看出，当变率在2.5～8.33之间，变率对航道及边坡上的冲刷深度影响不明显。

在变率为2.5、4、6、8.33和12.8的模型中，进行无丁坝时的潮流试验，分析模型变率对航道流速和波高的影响;分别进行清水动床试验、浑水定床试验和浑水动床试验，分析变率对清水动床模型航道冲淤、悬沙定床模型航道回淤、悬沙动床模型航道回淤和底沙输沙量的影响。

10.3.3.1　变率对航道流速的影响

选取航道中的测点V2、V4、V8和V11，比较各模型洪季中潮和枯季大潮流速过程(图10-10，其他图略)，5个模型在各测点的流速随时间变化基本一致。

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图10-10　各模型测点V2流速比较

为分析模型变率的影响，采取两种方法进行，一是认为#1模型和#2模型变率相对较小，其流速平均值受变率影响较小，将#3、#4 和#5 模型分别与其比较，得出变率的影响;二是将#1～#5模型的流速进行平均，然后比较各模型流速的偏离。

1.与#1和#2模型流速平均值比较

从涨潮流速看，#3模型的偏离值约在-2.8%～-0.5%，#4模型的偏离值约在1.1%～8.1%，#5 模型的偏离值约在2.3%～8.4%;从落潮流速看，#3 模型的偏离值约在-1.6%～5.8%，#4模型的偏离值约在-3.4%～4.2%，#5 模型的偏离值约在0.5%～8.9%。#5模型的偏离程度较#4模型和#3模型要大一些。

2.与各模型流速平均值比较

#1模型测点涨潮和落潮平均流速的偏离值约在±6%以内，#2模型的偏离值在-8%～1%之间，#3模型的偏离值约在-5%～3%之间，#4模型的偏离值在±5%以内，#5模型的偏离值在0～7%之间。可以看到，无丁坝时各模型的涨潮和落潮平均流速基本接近，变率对涨落潮平均流速影响不明显。

10.3.3.2　变率对波高的影响

波浪向模型内传播时受到地形的影响波高不断减小，各模型航道内W5站的波高小于W4站的，且均小于W1站的波高，边滩上W2站和W3站波高也均小于W1站波高，W2和W3两站的波高相差不大。将W2、W3、W4和W5测站的逐时波高的平均值分别与未受地形影响的W1站逐时波高平均值相比，得到各个模型W2～W5测站逐时平均波高与W1站逐时平均波高的比值。从W2站、W3站、W4站和W5站波高衰减率与模型变率的关系看，模型变率小于8时，变率对波高的影响不明显，当模型变率为12.8时，各个模型边滩(W2站和W3站)和航道内(W4站和W5站)的波高均受到变率的影响。

10.3.3.3　变率对清水动床模型航道冲淤的影响

在#1～#4模型中，按模型设计要求的泥沙粒径选用电木粉并铺设动床，分别进行潮流作用下的动床试验和潮流波浪共同作用下的动床试验。各模型按泥沙冲淤时间比尺在无浪时进行相当于原型半年、在有浪时进行相当于原型2个月的试验，分别测量大潮无浪、大潮中浪、中潮无浪三种动力条件下航道的冲淤厚度。

1.潮流作用下的冲淤变化

大潮时，各模型的航道及边坡均呈微冲趋势，#1～#4模型航道平均冲刷深度分别为-0.093m、-0.060m、-0.098m 和-0.086m，航道边坡平均冲刷深度分别为-0.134m、-0.098m、-0.147m 和-0.135m，边坡上的冲刷大于航道底宽上的冲刷。可以看出，当变率在2.5～8.33之间，变率对航道及边坡上的冲刷深度影响不明显。

2.潮流波浪共同作用下的冲淤变化

在#1～#4模型进行了大潮中浪作用下航道冲淤试验。由于波浪的作用，各模型航道进口段均发生淤积，航道边坡发生冲刷，#1～#4 模型的航道平均淤积厚度分别为0.328m、0.271m、0.225m 和0.330m，边坡平均冲刷深度分别为-0.368m、-0.331m、-0.327m 和-0.402m。从各模型航道和边坡冲淤厚度变化看，变率小于8的模型对航道和边坡冲淤厚度的影响不明显。

10.3.3.4　变率对悬沙定床模型航道回淤的影响

按模型设计要求的含沙量和悬沙粒径，在#1模型、#2模型和#4模型上分别进行大潮、大潮中浪共同作用下悬沙定床试验。无浪时的试验时间相当于原型半年(模型上历时41h)，有浪时试验时间相当于原型2个月，波浪作用时间与潮流作用时间相同。模型上含沙量为3.0kg/m3，相当于原型含沙量1.56kg/m3，涨潮时在尾门处加沙，落潮时在上游扭曲水道加沙，每隔20min在上下游口门处监测一次含沙量。

1.潮流作用下淤积变化

悬沙定床试验表明，三个模型得到的航道淤积厚度和淤积分布相差不大，#1、#2和#4模型航道平均淤积厚度分别为1.07m、1.02m 和1.12m。当模型变率在8以内时，变率对无丁坝时航道悬沙回淤的影响不明显。

2.潮流波浪共同作用时淤积变化

大潮中浪时悬沙定床试验表明，#1模型航道沿程泥沙淤积厚度最小，#4模型淤积厚度最大，其他两个模型的航道淤厚居中，#1、#2、#3 和#4 模型航道平均淤积厚度分别为1.05m、1.08m、1.27m 和1.39m。#1模型和#2模型的航道平均回淤厚度较接近;各模型的航道平均淤积厚度均与模型变率成正比，即随着变率的增大，航道的平均回淤厚度也增大;当模型变率小于6时，变率对航道回淤的影响不大，当模型变率等于或大于6时，变率对航道回淤有较显著的影响。模型变率对大潮中浪作用下的航道回淤影响大于对大潮无浪作用下航道回淤的影响。

10.3.3.5　变率对悬沙动床模型航道回淤的影响

在#1、#3和#4模型上分别进行大潮作用下悬沙动床试验，潮流试验时间相当于原型半年。上游和下游含沙量控制站的含沙量控制在1.8～2.0kg/m3范围。在一个涨落潮的过程中分别在中潮位、高潮位、中潮位和低潮位测4个含沙量值，平均后作为该潮的平均含沙量。航道底宽和边坡淤积厚度测量与清水动床试验相同。

从试验结果看，#1、#3和#4模型航道沿程淤积分布基本相似，#1、#3和#4模型航道底宽平均淤积厚度分别为0.554m、0.529m 和0.671m，航道边坡平均淤积厚度分别为0.516m、0.675m 和0.645m。变率对航道底宽上的平均回淤厚度的影响不明显，对航道边坡上泥沙回淤厚度的影响也不太明显。

10.3.3.6　变率对底沙输沙量的影响

清水动床试验时，在航道上下游各设置捕沙坑，对大潮和中潮作用下无丁坝布置时的航道底沙输沙量进行测量。试验进行7个潮周期 (一涨一落)之后收集捕沙坑内的沙量，烘干后称重，得到各模型的航道内捕沙坑内的沙量，将该沙量乘以底沙输沙比尺换算至原型值后进行比较。

从上、下游捕沙坑内的沙量看，无浪时底沙输沙量最小，中浪次之，大浪时输沙量最大，说明随着波高的增大，床面的泥沙被掀起，在潮流的作用下输移。下游捕沙坑内的沙量比上游捕沙坑内的多，一方面是由于落潮历时比涨潮历时长、落潮流将泥沙向下游输移;另一方面，还因为上游捕沙坑以上为定床，没有足够的泥沙进入。在同样的波高情况下，大潮作用时航道的输沙量大于中潮作用时的，说明潮流动力强时航道的底沙输沙量大。

从试验结果看，无论是大潮还是中潮，在无浪和中浪时，模型变率对底沙输沙量的影响都不大;在大浪时，当模型变率大于6以后，底沙输沙量明显大于模型变率小于6的底沙输沙量。

无丁坝时模型变率影响试验分析

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