丁坝回流区试验实验报告(河海港航)

1、丁坝回流区试验实验报告1、 实验目的通过实验研究丁坝附近的水位、水流特性，加深对丁坝在航道整治中的作用的理解。2、 实验内容1、观测和记录一种丁坝长度、丁坝高度在某一水流强度情况下的丁坝附近水位、水流、回流区流态和范围；2、改变丁坝长度几个组次，观察回流区流态和范围。三、实验设备丁坝回流区试验主要在综合试验水槽顺直段进行。主要实验设备及仪器包括试验水槽、丁坝模型、水尺、旋浆式流速仪、采点箱。水槽断面宽1.2m，高0.4m，纵向长16.6m，设有直线段10m和弯曲段6.6m，弯曲段中轴线弯曲半径为3m。丁坝模型采用混凝土制成，高20cm，坝体长度分别为30cm和50cm。实验用品主要包括木砂（跟

2、踪剂）。3、 实验原理丁坝是航道整治工程中最常用的建筑物。丁坝的坝根与河岸连接，坝头伸向河心，在平面上与河岸构成丁字形。当水位低于丁坝坝顶高程时，水流受到丁坝雍阻，迫使水流流向河心，绕过坝头下泄，在坝下游形成回流区。不同的丁坝布置形式，下游所形成的回流区范围是不同的，并直接影响到整治工程中丁坝间距的布置。所以，丁坝回流区范围、回流区形态变化及其回流强度大小，是航道整治工程中需要密切关注和研究的问题。本实验是在“水流流速场试验”完成之后，在顺直段断面2和断面3之间放置一个丁坝模型，其测流断面和测流垂线的位置均和“水流流速场试验”一样，即顺直段各断面距进口的距离分别为178.6cm、294cm、5

3、84cm、850cm；中间的那个测流垂线(垂线3)位于水槽中轴线上，两边的测流垂线（垂线1和垂线2）分别距水槽右侧、左侧21.5cm。分别测得各断面、各条测流垂线上相对水深为0.4h、0.6h和0.8h处的流速和水槽左右侧的水位，即可研究丁坝附近水位、水流特征。4、 实验步骤1、 阅读和掌握实验目的、实验要求以及实验内容；2、熟悉和掌握旋浆式流速仪的使用原理与操作方法；3、开启水泵，调节水槽尾门，保持沿程水流恒定状态；4、放置丁坝，待水流稳定后，采用木砂示踪剂观测流线、回水区域；5、在丁坝前后测流断面上沿水槽宽度设置3个测流垂线，每条垂线沿水深测量和记录3点流速；并测量各断面左右侧的水位；6、

4、改变丁坝长度几个组次，观察回流区流态和范围；7、计算整理试验结果。5、 实验数据记录、计算及绘制图像1、 实验数据记录（1） 水位数据，如下表1放置丁坝后顺直段断面水位断面编号断面距进口距离/cm左侧水位/cm右侧水位/cm1178.614.514.522941414358413.514485013.814说明：左侧是指沿水流方向看去的左手边。 表1（2） 流速数据，如下表2放置丁坝后断面流速测量记录断面编号断面距进口距离/cm相对水深测点流速cm/s垂线1垂线3垂线21178.60.8h1820.625.70.6h16.617.222.90.4h16.817.22022940.8h12.81

5、8.525.90.6h13.422.532.50.4h22.919.12235840.8h40.218.96.30.6h41.330.8100.4h49.33618.348500.8h40.829.19.70.6h39.133.79.20.4h37.140.56.6 表2 2、 数据计算 根据各断面流速测量记录，取各测流垂线上距水底相对水深0.4h处的流速，可得相应的垂线平均流速，如下页表3。放置丁坝后断面流速测量记录断面编号断面距进口距离/cm相对水深测点流速cm/s垂线平均流速cm/s垂线1垂线3垂线2垂线1垂线3垂线21178.60.8h1820.625.716.817.2200.6h1

6、6.617.222.90.4h16.817.22022940.8h12.818.525.922.919.1220.6h13.422.532.50.4h22.919.12235840.8h40.218.96.349.33618.30.6h41.330.8100.4h49.33618.348500.8h40.829.19.737.140.56.60.6h39.133.79.20.4h37.140.56.6表33、 绘制图像（1）放置丁坝后水位沿程变化图，如下图1图1 为了便于分析丁坝的作用，这里又分别作出左侧和右侧在放置丁坝前后的水位比较图，如下页图2和图3图2图3（2）放置丁坝后水流流速沿程变化

7、图，如下页图4图4（3） 丁坝前、后断面流速沿水深分布图A、 丁坝前断面2流速沿水深分布图，如下图5图5B、 丁坝后断面3流速沿水深分布图，如下图6图6（4）放置丁坝后垂线平均流速沿水槽宽度方向分布图，如下图7图7（5）放置丁坝后垂线平均流速的平面分布图，如下页图6图66、 实验结果分析下面分别从放置丁坝后水位特征和水流流速分布特征两方面分析实验结果。（1） 放置丁坝后水位特征 分析图1，不难发现水流流向丁坝时比降减小；左侧水位的变化比右侧大。分析图2可得，断面1和断面2（坝上）的左侧水位在放置丁坝后都升高了，说明丁坝产生了雍水。分析图3可得，断面3和断面4（坝下）的右侧水位在放置丁坝后都升高

8、了，这可能与坝下左侧产生的回流区有关。（2） 放置丁坝后水流流速分布特征首先放置丁坝后水流流速分布与放置丁坝前的水流流速分布相比较发生了很大的变化。分析图4，水槽右侧测流垂线的垂线平均流速在丁坝附近是最大的（与左侧垂线和中轴线上垂线相比较），且在断面3流速取得最大值（与其它断面相比较），这应该是由于丁坝迫使水流流向右岸、水流收缩，而且水流绕过丁坝后由于惯性力的作用还会继续收缩，所以右侧测流垂线的垂线平均流速较大且在断面3流速最大。比较图5和图6，可以发现在丁坝的前后断面水流流速沿水深的分布发生了较大变化。分析图6可以发现丁坝下游的水流垂线平均流速分布于无丁坝时的情况差别非常大，此时最大的垂线平

9、均流速靠近右岸。7、 分析思考题1、丁坝呈上挑、正挑、下挑不同布置形式时，坝下游回流区会发生什么变化？答：坝下游回流区内横轴螺旋流的方向与丁坝轴线方向有关。丁坝呈上挑时，螺旋流指向坝田；丁坝呈下挑时，螺旋流方向相反；丁坝呈正挑时，螺旋流介于前面二者之间。当然丁坝不同布置形式时，丁坝后回流区的大小也不近相同。 2、丁坝布置在弯曲河段凸岸或者凹岸侧时，丁坝下游回流区又会发生什么变化？答：丁坝布置在弯曲河段凸岸时，主流进一步被挑向凹岸，坝后回流区范围较大，由于主槽和坝区存在较强的横向流速差, 主槽和坝区水流不断交换, 形成强紊动性的三维水流。丁坝布置在弯曲河段凹岸时，水流紊动强烈，主流集中在水槽中部

10、，坝后回流区流速较小，甚至出现负流速。3、 当丁坝向河坡度发生变化时，或靠岸河床底部保持一定横向坡度时，坝下游回流区发生什么变化？答：对于淹没丁坝，当丁坝向河坡度发生变化时，或靠岸河床底部保持一定横向坡度时，若丁坝顶高程是升高的，则坝下回流区的范围变大且回流强度变大，若丁坝顶高程是降低的，则坝下回流区范围变小且回流强度变小。4、当抛石丁坝建设初期、坝体发生透水透漏时，坝下回流区会发生什么变化？答：坝下回流区的范围会变小、强度变小。理由如下：在丁坝坝头外主流与丁坝掩护区缓流强大摩擦梯度作用下，在坝下会产生回流区。由于当抛石丁坝建设初期、坝体发生透水透漏时，一部分水流就透过坝体流向下游，丁坝对水流的收缩作用也减弱，则丁坝掩护区