不透水剛性板局部三維流場結構試驗研究

楊元平，何 昆

（1.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020；2.浙江省河口海岸重點實驗室，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

不透水剛性壩是一種應用廣泛的河道整治建筑物，剛性壩的存在改變了原有的水流結構，使整個流場呈高度的三維性。近年來，對不透水剛性壩周邊的水流結構有大量的研究，周陽[1]等對彎道內的非淹沒丁壩附近水流現象做了相應的研究，得到了整個彎道區域水面線出現扭曲現象，另外，還得出在橫向斷面上丁壩上游水面線的分布規律。彭靜[2]等基于顏料示蹤和油膜技術對剛性壩附近的流場分布進行可視化記錄研究。數學模型方面，胡子俊[3]等采用RANS方法對丁壩繞流進行模擬，通過不同湍流模型與試驗觀測結果進行對比后得出RNGk-ε湍流模型的精度較高，數值計算得到的流場變化形態與試驗觀測和客觀流場運動規律吻合的結論。寧健[4]等基于Flow-3D模擬軟件建立了水沙數值模型，很好地反映了剛性壩附近的流場信息與床面變形特征。這些研究成果一致認為[5]剛性壩壩頭附近有一個馬蹄形漩渦，水流在繞過壩頭一定角度后邊界層發生分離，分離點以后即壩下游的回流區和主流區交界形成旋轉角速度較大的一連串的尾流漩渦（也稱豎軸漩渦）。正是由于丁壩附近馬蹄形漩渦、尾渦等這一系列的三維渦體結構，導致紊動增強，河床泥沙更易起動，從而形成沖刷。

本文采用“小威龍二代”（Vectrino Ⅱ）剖面流速儀對水槽中不透水剛性板附近的流場進行三維測量，根據測量結果對剛性板周邊流場特征進行分析，研究水流中設置不透水剛性板后局部流場結構特征。……