丁坝群对弯道水流影响浅析.pdf

丁坝群对弯道水流影响浅析 施政 （中工武大设计研究有限公司，湖北，武汉，430070） 摘要：采用 MIKE21 模型对弯道有无丁坝群两种工况下的水流特 性进行了数值模拟试验，分析总结了丁坝群建设前后弯道水流水面横 比降、横向环流，流速重分布等特性，进一步证实了弯道的护岸机理， 为相关的工程实践提供理论依据。 关键词：MIKE 21;丁坝群;弯道水流 弯道水流是渠道和河道中常见的一种水流运动现象。自 1870 年 Thompson 通过试验首次发现了弯道螺旋流之后，弯道水流一直受到 研究人员的关注。无论是国内还是国外，都对弯道水流的动力特性有 一些共性的认识，主要集中在水面横比降、横向环流、流速重分布等 方面。在一定范围内，弯道产生的复杂流结构及流态会影响河岸稳定， 因此需要在弯道险段布臵护岸工程。丁坝是一种传统的护岸方式，国 内外应用的比较广泛，相应研究丁坝周围水流结构的也很多，弯道水 流运动所涉及的物理量往往很多，边界条件复杂多变，很难利用现有 的计算公式直接得到准确的数值解，大多数的研究都是在现有理论的 指导下，以实测资料为基础，建立物理或数值模型，进行模型试验， 但由于测量技术的限制，对丁坝周围水流流态的研究还没有趋于完整 的理论。 1 研究方法： 针对弯道水流特性，在传统丁坝群护岸的基础上，采用丹麦 DHI 公司的 MIKE 软件进行二维数学模型试验，研究弯道修建丁坝护岸群 前后弯道水流流态的变化。 二维数学模型计算采用 MIKE21 Flow Model（简称 MIKE21 FM） 软件进行模拟计算，此模型是丹麦水力学研究所开发的二维数学模拟 软件，广泛应用于国内外水动力模拟当中，取得了较好的效果，是目 前国际上较为先进的模型之一。MIKE21 FM 是丹麦水力学研究所 (Danish Hydraulic Institute，简称 DHI) 研制的标准化商业软件, 是在 20 多年持续发展和世界范围内???量工程应用经验基础上发展起 来的。主要用于模拟各种流场问题（如海域、港湾、河流等）和基于 流场下的环境问题（如污染物平流扩散、水质、重金属、泥沙输移）。 经国内外诸多工程实际应用, 证明其精度高、守恒性好、使用方便。 Mike21 是二维数学模拟系统，应用在河口、海湾以及海洋近岸区域 的水流及水环境的模拟，可以用来模拟潮汐动力模拟、风/波生流、 二次环流、港工、溃坝、海啸等方面的水流现象，在模拟二维非恒定 流的同时，可考虑干湿变化、密度变化、水下地形、潮汐变化和气象 条件等影响因素。 计算采用 MIKE21 FM 软件中的 HD 模块建立模型，该模块采用垂 向平均二维浅水方程，离散方法为有限差分法，计算方法采用 ADI （Alternating Direction Implicit）和 DS（Double Sweep）格式， 其基本方程如下： 垂向平均二维浅水方程： ?h ???hu? ? hv? ? ? ? 0 ?t ? x ? y 2 2 2 2 2 ?u ? u ? u ?? n u u ? v?? ? u ? u ?u ? v ? ? g ? g 4/3 ?? ?? 2 ? 2 ?t ? x ? y ? x H?? ? x ? y 2 2 2 2 2 ?v ? v ? v ?? n v u ? v?? ? v ? v ?u ? v ? ? g ? g 4/3 ?? ?? 2 ? 2 ?t ? x ? y ? x