潜坝局部冲刷坑形成机理和最大冲深的确定.pdf

．450． 第六届全国泥沙基本理论研究学术讨论会论文集 潜坝局部冲刷坑形成机理和最大冲深的确定 黄 颖1 李义天2谢葆玲2 2．武汉大学 f1．长江航道局 武汉430010； 武汉430072) 摘要：本文对潜坝的水力特性以及附近冲刷机理进行了分析。在此基础上，对潜锁坝附近最大冲深的 方法进行探讨，提出两种预估最大冲深的方法：利用实测资料，对现有的冲刷预估公式进行重新率定经 验系数；利用流速分级的概念，提出单宽流量与最大冲刷的关系式。 关键词：潜锁坝冲刷机理最大冲深 1前言 潜坝用于抬高河床、壅高水位、调整比降、降低流速，这种建筑物在最枯水位时均 潜没在水底而不碍航。潜坝按其纵断面与河床横断面的组合型式，大体上可分为三种类 型，即潜丁坝、潜锁坝和丁潜组合坝。潜锁坝是坝体在设计水深下占据河床底部整个河 宽的锁坝，这类锁坝在枯水时出露水面，而中洪水时淹没，此时也相当于潜坝，本文中 提到的潜坝和锁坝，即指潜锁坝这种整治建筑物。潜锁坝后可能引起较严重的局部冲刷， 本文在现有一些潜锁坝研究成果的基础上，对潜锁坝冲刷形成机理以及局部冲刷深度的 预估进行分析，为潜锁坝的防护提供依据。 2潜坝局部冲刷机理分析 2．1 潜坝的水力特性分析 在大多数情况下，将锁坝作为宽顶堰使用[1】。当堰下游水位升高到影响溢流能力时， 宽顶堰流成为淹没出流；否则为自由出流。根据试验，其自由出流与淹没出流的判别界 限是在一定范围内变化的，但一般可按如下界限判别f2】：若hs／H0．8，为自由溢流；若 向。脚≥0．8，为淹没溢流。其中，Ⅳ为堰前水头，h，为从堰顶起算的下游水深。 据此，分析已建汉江郭海营水道第6号锁坝和室内长江镇扬河段和畅洲汊道潜坝的溢 流流态。汉江郭海营水道第6号锁坝坝上游平均水深为4．5m，坝上下游水头差为0．3m， 则h。为4．2m，hJH=O．9330．8；长江镇扬河段和畅洲汉道潜坝水槽动床试验资料水位 要素以及计算值厅。脚的情况见表1，从表1可知，hJH值均大于0．8，所以这两处潜锁 坝的溢流流态属于淹没出流。 除此之外，水流从坝顶跌落至下游河床相当于形成后台阶流，将会在河床附近产生 横轴旋涡和回流。由于旋涡回流的作用下游一般会形成冲刷坑，而随着冲刷坑的出现和 作者简介：黄颖，女，1978年出生，江苏弋阳人，博士。 四、河床演变及河道整治 ·451· 发展，下游河床高程进一步降低，回流将更加明显。 表1 和畅洲水槽模型试验水位要素及，ls，H[31 不同坝顶高程的坝上水深(m)上下游 不同坝顶高程的^。／Ⅳ 流量 坝上水 坝顶高程 坝顶高程 坝顶高程 水位差 坝顶高程 坝顶高程 坝顶高程 (m3／s)位(m) 一5．42m 一10m -20m (m) 一5．42m 一10m -20m 14000 1．38 6．8 11．38 21．38 O．08 0．988 0．993 0．996 374003．28 8．7 13．28 23．28 0．25 0．971 O．981 0．989 467003．69 9．11 13．69 23．69 0．34 0．963 0．975 0．986 560004．82 10．24 14．82 24．82 0．42 0．959 0．972 0．983 除此之外，水流从坝顶跌落至下游河床相当于形成后台阶流，将会在河床附近产生 横轴旋涡和回流。由于旋涡回流的作用，下游一般会形成冲刷坑，而随着冲刷坑的出现 和发展，下游河床高程进一步降低，回流将更加明显。 2。2潜锁坝附近的冲刷机理 潜锁坝下游的冲刷虽不如一般水利枢纽泄水建筑物下游的冲刷剧烈，但其机理类似， 都存在底部回流。由于潜锁坝主要用来淤汊，所以对坝后冲刷的研究不多，而泄水建筑 物下游的冲