【摘 要】
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三峡大坝修成以后,水库淤积逐渐形成人们关注的重点。常年回水区的泥沙淤积幅度呈现增长趋势,严重影响了三峡常年回水区的高等级航道建设。挟沙水流的紊动特性对于解决泥沙的
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三峡大坝修成以后,水库淤积逐渐形成人们关注的重点。常年回水区的泥沙淤积幅度呈现增长趋势,严重影响了三峡常年回水区的高等级航道建设。挟沙水流的紊动特性对于解决泥沙的输移、悬浮等基本泥沙运动力学问题具有基础性作用,因此全面认识库区水流的紊动特性对解决常年回水区泥沙淤积具有重要的现实意义。本文利用ADCP和ADV两种先进流速仪对长江忠县河段和猪儿碛河段的水流进行了详尽的三维流速测量。通过实测资料和理论分析,对大水深明渠紊流的紊动特性作了详细研究,得到以下几点结论:①天然明渠壅水非均匀水流的雷诺应力垂线分布与试验室得到的-1斜率的直线分布,存在一定偏离。但是仍然可以用雷诺应力的分布来估计该水流条件下的摩阻流速。也得到了天然挟沙水流的卡门常数不再是常数值0.4,而是存在0.3～0.8较大范围的变动。②64Hz采样频率的ADV得到的流速时间序列可以看到较完整的大周期包含小周期的现象。一级周期大致在150s左右,二级周期,其值大约在80s,三级周期其值大约在4s。对各测点的流速概率密度分析得出在接近床底的近壁区域流速分布多为偏态分布,在中间区域流速分布多为正态分布。可能上是由于天然水流的紊动特性更为复杂,水流条件更为多变,试验数据并未得到一致的规律。③分析得到天然明渠的垂线流速分布更为复杂,大致可以分为两种形式的流速分布。一种是对数流速分布。第二种分布曲线分为两段,一段是对数分布(0.2H以下区域),另一段是抛物线分布(0.2H以上区域)。紊流度一般的分布规律是从水面开始逐渐变大,后在0.2H～0.5H处出现拐点,后逐渐减少直至床面,说明了紊动水流大致在0.2H～0.6H发展充分,往上受到自由水面的影响,往下受到床面的限制。7#垂线混掺长度分布图显示在0.6H～0.8H范围混掺长度达到了 1倍水深;④计算得到的最大载能漩涡尺度为2倍水深,这是与卡莫格罗夫的最大涡尺度与水深是同一个量级的假设是吻合的。虽然各垂线载能漩涡尺度分布较为分散,但是可以看出最大载能漩涡尺度出现在中下部区域。能谱分析得到,低频(1Hz)区域内的能谱斜率符合Kolmogorov-5/3定律。
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