滦河下游丁坝群水沙数学模型研究及丁坝群安全性分析

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丁坝是河道整治工程中应用最广泛的一种形式,在水利工程中发挥了很大的作用。但通常因为水流条件复杂、地质条件较差等原因,水毁现象比较严重。因此,本文以滦河下游为研究区域,建立了丁坝群二维水沙数学模型,分析了丁坝群的水力特性和冲刷特性,并对丁坝群进行了安全性分析,对指导滦河河道综合整治工程建设具有重大的科学意义。本文的主要研究工作及成果如下:(1)介绍了滦河下游丁坝群水沙数学模型的理论基础。介绍了二维水流的基本方程和泥沙基本方程,推导了动床床面冲刷深度理论公式。给出了求解时的初始条件和边界条件以及有限体积空间离散方法。(2)构建并验证了水沙数学模型。以滦河下游为研究区域,应用有限体积法的思想,采用了无结构不规则的三角形网格进行了网格划分,并对构建的水沙模型进行了验证。结果表明所建立的水沙模型具有一定的可信度,模型可以应用于不同来流过程下的滦河下游丁坝群的模拟。(3)应用了构建的水沙数学模型。对丁坝群进行了不同重现期以及恒定流与非恒定流工况的模拟,得到了相应的流速分布、水位分布以及坝头的冲刷深度,对此分析了丁坝群的水力特性和冲刷特性。研究结果发现对冲刷起决定性作用的是丁坝坝头与主流的关系,直接原因是坝头流速和动水压力的增大。在水中设置丁坝后,改变了其周围的水流流态,当丁坝坝头靠近主流时,会受到主流的冲击,引起了坝头流速的增大,从而导致了丁坝坝头与上游迎水面交界区域的动水压力增大,进行形成了丁坝坝头的局部冲刷。(4)对丁坝群进行了安全性分析。运用层次分析法,对丁坝群进行危险性评价和易损性分析,然后采取打分法进行了整体综合分析,划分了丁坝群的安全性等级,并对滦河下游腰庄丁坝群的安全性做出评价,为优化丁坝的设计提供了参考依据。
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