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主支流交汇现象在天然河道中广泛存在(例如,洮河入汇黄河、祖厉河入汇黄河、十大孔兑入汇黄河、乌江入汇长江等)。而交汇区独特的水流特性:如汇口上游壅水、汇口下游回流、分离区、高低流速带、剪切面等,对研究泥沙的输移与淤积等泥沙动力学问题、污染物滞留与扩散等环境水力学问题、通航与防洪等河流健康问题都有着非常重要的意义。交汇区水流特性也是国内外科研人员所关注的热点。 本论文在总结前人研究成果的基础上,结合直角明渠交汇区水槽试验及高含沙水流静态剪切应力试验,对直角明渠交汇区水流运动特性及泥沙与水流关系进行了系统阐述。得到的主要成果如下: (1)通过分析直角明渠交汇区水流泥沙运动特性的研究成果并结合黄河上游流域泥沙运动特性,归纳出影响直角明渠交汇区水流泥沙运动特性的因素为:①几何边界条件;②水流条件;③泥沙条件; (2)进行水槽试验并对测得的数据进行分析,结果表明:①矩形断面情况下水流特性与前人研究结果非常相似,有些地方甚至吻合;②复式断面情况下水流在交汇口下游并没有产生二次流,流速最大值分布在槽底的两个谷底处,水流动力轴线呈现“Z”型分布,测压管水头变得非常的平缓,但局部水头损失偏大;③对比不同断面情况下水流特性,发现在同一汇流比条件下复式断面流速较大、水深较深、但流场比较稳定,而且随着汇流比的增大,水头损失增大,局部水头损失也增大,且局部水头损失增大的幅度有所增大。 (3)高含沙水流静态剪切应力试验结果表明,静剪力随停留时间的增加而逐渐增大,达到最大值后开始趋于平缓;相同粒径级配泥沙在不同含沙量条件下的试验结果显示,静剪力在高含沙量下的大小要比在低含沙量下大,但总体变化趋势几乎一致。