潛沒式治河建筑物水流特性研究綜述

葛 瑤,陳長(zhǎng)英

(1.河海大學(xué) 水利水電學(xué)院，南京 210098；2.南京水利科學(xué)研究院，南京 210029)

潛沒式治河建筑物水流特性研究綜述

葛 瑤1，2,陳長(zhǎng)英1，2

(1.河海大學(xué) 水利水電學(xué)院，南京 210098；2.南京水利科學(xué)研究院，南京 210029)

針對(duì)潛沒式治河建筑物(潛壩、潛沒導(dǎo)板、潛沒圓柱體、護(hù)灘帶等)附近的復(fù)雜水流形態(tài)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外的研究成果，對(duì)其影響下的流速分布、剪應(yīng)力分布、渦流結(jié)構(gòu)、紊動(dòng)動(dòng)能、比尺效應(yīng)、分離區(qū)、糙率和潛沒度等進(jìn)行了綜述，討論了其沖刷、壅水等機(jī)理。相關(guān)研究結(jié)果表明：潛沒建筑物對(duì)水流的擾動(dòng)程度決定了其水流特性，其誘導(dǎo)的漩渦及回流對(duì)水流結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大影響，增大了局部河床阻力，使得綜合糙率重新分布。進(jìn)而指出現(xiàn)有研究成果及其不足之處，并結(jié)合已有成果提出展望，為后續(xù)的工程及研究工作提供參考。

潛沒式治河建筑物 ；潛壩 ; 水流特性； 沖刷； 壅水

我國(guó)河流眾多，在大江大河的治理與航運(yùn)建設(shè)中，都要考慮河工建筑物與水流以及河床的相互作用。整治建筑物對(duì)水流過(guò)度干擾，不僅達(dá)不到應(yīng)有的工程效果，反而會(huì)造成嚴(yán)重的水毀事故[1]。以守護(hù)(護(hù)岸固灘)為主的長(zhǎng)江等大型河流的河工整治工程建筑物大都潛沒在水中，潛沒建筑物(包括潛壩、潛沒導(dǎo)板、潛沒圓柱體、護(hù)灘帶等)附近水體因邊界擠壓而繞流分離進(jìn)而紊動(dòng)頻發(fā)，三維特性十分顯著，研究潛沒式建筑物作用下的水流特性有助于定量分析其對(duì)局部區(qū)域過(guò)流能力(過(guò)流量)的重新分配以及建筑物本身的安全，從而為潛沒式治河建筑物設(shè)計(jì)提供參考。

1 非潛沒式建筑物研究的影響

丁壩屬于最常見的非潛沒式建筑物，表面上與本文探討的潛沒式建筑物沒有多大關(guān)系，但其應(yīng)用十分廣泛，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)丁壩等非潛沒建筑物的研究頗豐，這些成果影響了后來(lái)興起的潛沒式建筑物的研究；因此在這里稍作篇幅介紹。

竇國(guó)仁[2]就丁壩壩后的回流長(zhǎng)度作了系統(tǒng)的研究，給出了丁壩回流長(zhǎng)度隨壩長(zhǎng)及水深的變化規(guī)律和基于動(dòng)量交換的相關(guān)計(jì)算公式；在其研究中還給出了一些定性分析及預(yù)測(cè)，譬如：當(dāng)壩長(zhǎng)、水深增加時(shí)，回流長(zhǎng)度增大；糙率增加時(shí)，回流長(zhǎng)度減?。涣魉倥c回流長(zhǎng)度的關(guān)系不甚明顯等。他的研究得到了廣泛認(rèn)可與應(yīng)用，隨后關(guān)于丁壩以及潛壩的相關(guān)研究大都受到了其方法的影響。然而其采取的一些簡(jiǎn)化如：槽壁影響忽略不計(jì)，回流末端流速梯度為0，回流長(zhǎng)度范圍內(nèi)水位默認(rèn)為常值等，使其預(yù)測(cè)精度受到限制。

陸永軍等[3]就丁壩下游區(qū)流場(chǎng)摻混區(qū)流速分布做了理論推導(dǎo)以及試驗(yàn)論證，提出了相關(guān)公式。張定邦[4]在竇國(guó)仁公式的基礎(chǔ)上考慮工程整治前后水深變化的影響得出回流長(zhǎng)度估算公式?？紫榘豙5]研究了丁壩對(duì)水流的影響，探討了丁壩壅水、沖刷等的機(jī)理。隨后程年生[6]、樂(lè)培九[7]、韓玉芳[8]、陳稚聰[9]等對(duì)丁壩下游回流區(qū)做了相關(guān)試驗(yàn)研究。以上這些研究都采用半經(jīng)驗(yàn)半理論方法，得出了某些水流因素的相關(guān)表達(dá)式，但它們或受限于試驗(yàn)條件而缺乏試驗(yàn)實(shí)測(cè)資料驗(yàn)證，或考慮的因素不夠充分，或公式復(fù)雜需率定參數(shù)從而影響了其推廣與應(yīng)用。

Ettema等[10]進(jìn)行的一系列的小比尺丁壩水槽試驗(yàn)證實(shí)，渠道附加有阻礙物時(shí)，深泓線方位及分離區(qū)范圍與模型比尺不統(tǒng)一，即不同的模型比尺對(duì)應(yīng)的相關(guān)數(shù)據(jù)差異較大。這對(duì)動(dòng)床小比尺模型有一定參考作用(對(duì)于平整床面，深泓線用最大流速線代替)。這表明在不同的試驗(yàn)比尺條件下，得出的結(jié)論會(huì)有所不同，需要特別注意。

2 潛沒式建筑物水流特性

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)潛沒式治河建筑物的研究，主要集中在潛壩(漫水丁壩或淹沒丁壩)、潛沒導(dǎo)板、潛沒圓柱體、護(hù)灘帶等方面。潛壩主要用于護(hù)岸和導(dǎo)流，潛沒導(dǎo)板適用于改變局部河床地形，護(hù)灘帶大量用于長(zhǎng)江中下游固灘工程，潛沒圓柱體則是研究一般阻礙物的概化型式。

2.1 潛壩水流特性

學(xué)者們主要圍繞潛壩壩田內(nèi)物質(zhì)交換[11-12]、壩體相對(duì)高度[13]、沖刷坑發(fā)展機(jī)理[14]、壩體后紊動(dòng)漩渦[15-16]、水流分離[17]、壅水[18]、等價(jià)糙率[19]、流場(chǎng)分布[20-21]、泥沙輸移特性[22-23]等問(wèn)題做了深入研究。

Yossef等[12]認(rèn)為潛壩壩田內(nèi)與主流區(qū)的物質(zhì)交換主要受淹沒程度(H/Hg或ΔH/H，見圖1)和窄縮比(Bg/B)的影響：當(dāng)淹沒度增加時(shí)，混合層(于壩田與主流接觸面處形成的摻混區(qū))的特性會(huì)發(fā)生變化，其中紊動(dòng)強(qiáng)度和流速梯度變小，這也反過(guò)來(lái)消弱了大尺度渦流結(jié)構(gòu)的能量(該部分能量對(duì)河流及壩田泥沙交換起主要作用)。Uijttewaal等[11]則認(rèn)為這種交換模式分為2種：首先混合層中產(chǎn)生的大尺度渦體導(dǎo)致交換發(fā)生，然后在一定條件下，更大的渦體從壩頭上游處隨水流泄下，流場(chǎng)在這些漩渦的突然干擾下造成更大程度的物質(zhì)(主要指泥沙)交換。但是還無(wú)法給出表征混合層特性的關(guān)系式，因而無(wú)法定量表達(dá)其影響程度。

圖1 潛沒建筑物淹沒程度表示 及其附近過(guò)流區(qū)域簡(jiǎn)圖

Thiemann等[13]發(fā)現(xiàn)潛壩壩體相對(duì)高度影響著近壩區(qū)流型和流速分布，隨著相對(duì)高度的增加，懸沙濃度呈先增后減的趨勢(shì)，H/Hg=1.7時(shí)達(dá)到最大(H為水深，Hg為壩體高度)。當(dāng)潛壩用于護(hù)岸時(shí)，H/Hg最好大于1.4。因?yàn)樗墼囼?yàn)顯示在非淹沒情況下沿岸出現(xiàn)沖刷。在保證主流區(qū)不淤積的情況下，淹沒度最好不低于1.7。王德勝[24]研究了潛壩的局部沖刷，發(fā)現(xiàn)潛壩局部沖刷深度主要與有效沖刷速度(U0-US)/U0及丁壩與水深的相對(duì)尺寸、丁壩挑角、泥沙的粒徑與級(jí)配等有關(guān)。并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出了既適用于潛壩也適用于非潛沒丁壩的局部沖刷深度計(jì)算公式。且認(rèn)為潛壩有一敏感水深區(qū)，H/Hg=1.40～1.80時(shí),沖刷較為顯著。然而他們的試驗(yàn)采取的相對(duì)水深范圍過(guò)小，只關(guān)注了H/Hg較小時(shí)的情況。

Koken[14]的研究表明潛壩壩頭附近沖刷坑的發(fā)展主要受馬蹄渦紊動(dòng)強(qiáng)度的影響，沖刷的形成和發(fā)展取決于豎向的紊動(dòng)強(qiáng)度而非床面剪應(yīng)力，床面剪應(yīng)力引起的大量床沙輸移可能不會(huì)造成床面沖刷，真正的原因是紊動(dòng)猝發(fā)(掃流和射流)帶起床面泥沙并導(dǎo)致沖刷坑形成，因此Duan[25]認(rèn)為當(dāng)紊動(dòng)強(qiáng)度不足以帶起床面泥沙時(shí)，沖刷坑就達(dá)到了沖淤平衡狀態(tài)。但是紊動(dòng)猝發(fā)很難測(cè)量與確定，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)一步定量分析。

Fox等[15]發(fā)現(xiàn)潛壩附近渦體分布有以下規(guī)律：主流區(qū)的大漩渦經(jīng)過(guò)潛壩時(shí)，其頻率及尺度有微小調(diào)整；潛壩的存在縮窄了過(guò)流空間，對(duì)水流有加速作用，從而減小了大渦體經(jīng)過(guò)時(shí)的縱向尺寸，增加了能耗；激發(fā)的小渦充滿著主流區(qū)；在剪力層和回流區(qū)出現(xiàn)一定數(shù)量的被壩體遮蔽或激發(fā)的小渦體。Jamieson等[16]建議在彎道水流中，凹岸潛壩在使水流偏轉(zhuǎn)的同時(shí)，應(yīng)減小壩頭附近水流紊動(dòng)以及避免產(chǎn)生更多紊動(dòng)。然而渦體(或紊動(dòng))的分布對(duì)區(qū)域過(guò)流能力的影響具體體現(xiàn)在哪里仍然沒有給出解釋。

Christodoulou[19]認(rèn)為由于渠道底部加了阻礙物，渠底的糙率n值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于邊壁的n值，并導(dǎo)出了相關(guān)公式定量表達(dá)等價(jià)糙率。然而即使給出了等價(jià)糙率，阻礙物附近流速分布也會(huì)因?yàn)檫吔绲耐蛔兌兊脧?fù)雜，其過(guò)流能力仍無(wú)法定量表達(dá)。

Andrew[20]的試驗(yàn)結(jié)果表明：潛壩下游表層處，流向較平順，主流由于潛壩的作用有所偏轉(zhuǎn)，至壩頭平面處，壩田中間靠近邊壁處出現(xiàn)小的豎軸漩渦，再至壩體中部所在的平面(見圖1)，壩田與主流區(qū)中間有一帶明顯的流線非常密集的地方——剪切分離層(混合層)，且壩體上下游均出現(xiàn)范圍較大的豎軸漩渦回流區(qū)?？拷滋?，回流中心較靠近主流區(qū)，回流強(qiáng)度亦有所減小，同時(shí)剪切分離層的寬度有所增加。上述結(jié)論僅限于對(duì)潛壩附近三維特性的定性描述，無(wú)法實(shí)質(zhì)地說(shuō)明各種水力因子之間的關(guān)系。

于守兵[26]從潛壩端坡以及淹沒度出發(fā)，詳細(xì)探討了淹沒丁壩對(duì)水流結(jié)構(gòu)的調(diào)整作用，認(rèn)為潛壩壩頭附近流線曲率、流速梯度以及壓力梯度均很大；且由于端坡的存在，下沉水流與漩渦不能直接作用于壩頭附近河床，因而減小了沖刷；其研究表明：在較小淹沒程度下(ΔH/H=0.17)，存在一定端坡時(shí)，臨底床面強(qiáng)流速范圍和床底大切應(yīng)力范圍顯著減小或消失。采用合適的m值(端坡)能在一定程度上減小壩頭附近流量的分配。在ΔH/H=0.29時(shí)，回流區(qū)消失(指水面)。壩頭附近沖刷的主因可歸結(jié)為：壩頭單寬流量q的集中、臨底流速的增大和馬蹄形漩渦。然而壩頭處繞流分離現(xiàn)象明顯，其沒有把潛沒丁壩壩頭平面以下和以上的水域分開對(duì)待，所以對(duì)單寬流量(q=Hu)的計(jì)算處理得不夠細(xì)致。

2.2 潛沒導(dǎo)板水流特性

潛沒導(dǎo)板在國(guó)內(nèi)應(yīng)用不多，主要集中在歐美國(guó)家。通常使用潛沒導(dǎo)板群，大范圍實(shí)施整治，針對(duì)中小型河流十分有效[27-28]。

Rodrigue-Gervais等[29]在潛沒導(dǎo)板周圍沖刷坑的瞬態(tài)發(fā)展過(guò)程的研究中，發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)最大淹沒度時(shí)，最大沖深處出現(xiàn)在導(dǎo)板上游面；然而對(duì)于較小淹沒度時(shí)，最大沖深處卻出現(xiàn)在導(dǎo)板頭部靠近下游處。很明顯，流型(主要包含漩渦分布、紊動(dòng)強(qiáng)度等)對(duì)于潛沒程度的變化很敏感。由于試驗(yàn)條件的限制，作者沒能給出導(dǎo)板上、下游均出現(xiàn)沖刷坑時(shí)的淹沒程度范圍。

Jacob Odgaard[22-23]對(duì)導(dǎo)板的研究表明，其通過(guò)產(chǎn)生二次流改變床面剪切力的大小和方向，引起相關(guān)區(qū)域流速、水深以及泥沙輸運(yùn)的重新分布，從而河床斷面在一部分區(qū)域抬高，另一部分區(qū)域沖刷，達(dá)到發(fā)展和維護(hù)理想床面地形的效果。按一定規(guī)則排列的小型潛沒導(dǎo)板群可通過(guò)相對(duì)較小地改變床面剪切力，調(diào)整局部床面高程，對(duì)河渠中流速及水深分布產(chǎn)生顯著影響。

然而在我國(guó)，淹沒導(dǎo)板的工程應(yīng)用不多，相關(guān)的研究成果也少之又少。對(duì)于這種有效的治河建筑物不加以利用，亦是我們的損失。

2.3 護(hù)灘帶水流特性

軟體排護(hù)灘帶在航道整治的應(yīng)用中主要是利用其隔離和反濾功能，進(jìn)行河床的護(hù)底和固灘，防止水流直接沖刷河床(灘體)和因水流滲透作用而造成河床(灘體) 的局部變形破壞。研究人員就軟體排護(hù)灘帶的優(yōu)缺點(diǎn)做了詳細(xì)的分析，提出了相關(guān)應(yīng)對(duì)措施[30-34]。護(hù)灘帶破壞形式主要有：塌陷、懸掛、架空、鼓包；破壞的動(dòng)力因素為流速和塊體間脈動(dòng)力；誘因是局部沖刷坑的形成和發(fā)展；直接原因是其抗拉強(qiáng)度不夠，尤其是接縫處的強(qiáng)度。因此有人提出了護(hù)灘帶邊緣拋透水框架(四面六邊體透水框架、扭雙工字型透水框架、馬叉等)，增大抗拉強(qiáng)度和選擇合理平面布置形式的辦法[32]。

張秀芳等[35]對(duì)長(zhǎng)江中游沙市河段三八灘軟體排護(hù)灘帶導(dǎo)流效果的研究表明：三八灘灘頭經(jīng)守護(hù)后，隨著水深的增大，即心灘淹沒程度升高，三八灘左汊的分流比有增加的趨勢(shì)。但總的來(lái)說(shuō)，心灘守護(hù)后與守護(hù)前相比，左右汊道的分流比變化都不大，最大變化幅度沒有超過(guò)5%，說(shuō)明軟體排護(hù)灘帶對(duì)汊道的分流比影響較小。

由于護(hù)灘帶本身相對(duì)于水深來(lái)說(shuō)，其相對(duì)高度可以忽略不計(jì)；且從整體上來(lái)看，其對(duì)河床過(guò)水?dāng)嗝娴挠绊懸嗪苄?。因此?guó)內(nèi)外對(duì)護(hù)灘帶的研究，主要集中在其防沖、穩(wěn)定性、護(hù)灘效果等方面上，對(duì)其導(dǎo)流效果的研究不足，且缺乏定量的分析。然而因一些工程的需要，仍希望護(hù)灘帶具有一定的導(dǎo)流功能，設(shè)想在其上部增加特定高度的加強(qiáng)帶，以加大其對(duì)水流的干擾能力。為了明確這種組合方案(護(hù)灘帶+加強(qiáng)帶)與水流的相互作用，則需深入研究其水流特性。

2.4 潛沒圓柱體水流特性

一些修建在水中的建筑物，其邊緣通常都具有圓角的型式，從而避免尖銳的棱角所帶來(lái)的不利影響[36-37]。潛沒圓柱體作為一種概化的整治建筑物，在國(guó)內(nèi)外獲得了廣泛的研究[38]。

Subhasish Dey等[39]研究了恒定流條件下潛沒圓柱體附近的沖刷情況，發(fā)現(xiàn)當(dāng)潛沒度增大時(shí)，沖刷深度減小，也對(duì)應(yīng)著馬蹄渦的維度和能量(以環(huán)量作為依據(jù))減小。并且潛沒條件下對(duì)應(yīng)的沖刷坑要比非潛沒條件下對(duì)應(yīng)的沖刷坑小得多。

Chii-tau Tang等[40]對(duì)孤立波過(guò)潛沒圓柱體的水流分離情況進(jìn)行了研究，采用流函數(shù)-渦量法及動(dòng)邊界網(wǎng)格系統(tǒng)對(duì)完全非線性自由界面進(jìn)行模擬計(jì)算。試驗(yàn)水槽采用Re=82 000時(shí)對(duì)水流注入染料達(dá)到可視化追蹤。結(jié)果表明：在孤立波行至阻礙物時(shí)，一個(gè)大的渦體首先在阻礙物背部形成，同時(shí)下部緊跟著一個(gè)二次渦；然后渦體膨脹并隨時(shí)間減弱；隨著大渦體衰退，二次渦繼續(xù)增大到相同尺度和能量級(jí)。此數(shù)模包含漩渦脫落及渦量輸運(yùn)，與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。

嚴(yán)斌等[41]采用基于域內(nèi)源造波技術(shù)的時(shí)域高階邊界元方法建立了波浪與潛沒圓柱體相互作用的完全非線性數(shù)值水槽模型，并通過(guò)兩點(diǎn)法分離得到潛沒圓柱體后的高階自由波和鎖定波。其數(shù)值試驗(yàn)表明：隨著入射波浪非線性增強(qiáng)，基頻波幅值逐漸減小，高階自由諧波幅值逐漸增大至一最高值，并最終呈飽和狀態(tài)或變化很??；而鎖定波波幅盡管也隨著入射波幅增大而增大，但在量級(jí)上遠(yuǎn)小于對(duì)應(yīng)的自由波；潛體淹沒水深越小，高階自由諧波貢獻(xiàn)越大，基頻波衰減越大。這說(shuō)明淹沒程度的影響不容忽視。

3 結(jié)論與展望

結(jié)合以往研究成果，可得出以下結(jié)論：

(1) 潛沒建筑物對(duì)水流的擾動(dòng)程度決定了其水流特性。相同水流條件下，大的潛沒度對(duì)應(yīng)水流擾動(dòng)較小，流速梯度、渦量輸運(yùn)、紊動(dòng)能量相對(duì)也較小，從而其附近地形變化較平緩(對(duì)應(yīng)較小的沖刷坑)。相同潛沒度下，不同的水流條件，也會(huì)對(duì)應(yīng)著不同的擾動(dòng)結(jié)果：當(dāng)水流流速較小時(shí)，潛沒建筑物對(duì)水流影響很??；逐漸加大流速之后，將會(huì)產(chǎn)生漩渦和回流，使水流流態(tài)紊亂復(fù)雜，難以描述。

(2) 潛沒建筑物誘導(dǎo)的漩渦及回流對(duì)水流結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大影響。由于流速梯度的存在以及邊壁無(wú)滑動(dòng)制約，潛沒建筑物在其遮蔽區(qū)內(nèi)形成不同程度的回流，且水流經(jīng)過(guò)潛沒建筑物時(shí)，形成一定范圍的分離區(qū)。分離區(qū)外側(cè)單寬流量增大，分離區(qū)內(nèi)側(cè)回流現(xiàn)象顯著，分離區(qū)內(nèi)流向紊亂且紊動(dòng)猝發(fā)，流態(tài)極不規(guī)則；比尺效應(yīng)影響著潛沒建筑物誘導(dǎo)漩渦的具體維度。

(3) 潛沒建筑物增大了局部河床阻力，使得綜合糙率重新分布。然而當(dāng)流量變大時(shí)，綜合糙率反而有減小的趨勢(shì)。紊動(dòng)動(dòng)能的分布與河床平衡地形有著極大關(guān)系，紊動(dòng)動(dòng)能最大的地方，對(duì)應(yīng)沖刷坑深度最大。且豎向紊動(dòng)動(dòng)能對(duì)沖刷的作用比平均流速對(duì)沖刷的作用明顯；雷諾應(yīng)力以及床面剪力的分布都與沖刷坑有關(guān)。

綜上所述，對(duì)潛沒式治河建筑還需從以下幾個(gè)方面進(jìn)行深入研究：

(1) 潛沒式建筑物對(duì)其頂部高度以下的水體起類似于丁壩的挑流作用，而其頂部以上的水體則受該分界面處水流切應(yīng)力分布的影響。因此以后的研究應(yīng)著眼于水流分層的結(jié)構(gòu)，從微觀機(jī)理上把握潛沒式建筑物的水流特性。

(2) 不論是潛壩、潛沒導(dǎo)板還是護(hù)灘帶，都具有一定的導(dǎo)流功能，如何利用各種水力因子綜合表征對(duì)整個(gè)斷面過(guò)流能力的分配仍缺乏有效的成果，從而無(wú)法量化潛沒式治河建筑物對(duì)河勢(shì)的影響，因此其導(dǎo)流效果值得深入研究。同時(shí)要加強(qiáng)導(dǎo)流板的工程應(yīng)用研究，驗(yàn)證其在我國(guó)河流治理中的合理性。

(3) 以往研究的潛沒度范圍不夠，對(duì)大水深條件下潛沒建筑物的水流特性還缺乏試驗(yàn)資料，尤其是護(hù)灘帶等航道整治建筑物，近年來(lái)在長(zhǎng)江中下游護(hù)灘工程中得到了廣泛應(yīng)用，其對(duì)應(yīng)的大淹沒度下的水流特性需要進(jìn)行深入研究。

(4) 對(duì)于已有的一些半經(jīng)驗(yàn)半理論公式，仍缺乏一定的試驗(yàn)資料驗(yàn)證，或受限于試驗(yàn)條件，或考慮的因素不夠充分，或公式復(fù)雜需率定參數(shù)從而影響了其推廣與應(yīng)用，所以應(yīng)在公式驗(yàn)證方面做些補(bǔ)充。同時(shí)，一些涉及到整治建筑物附近水流的紊動(dòng)猝發(fā)、混合層交換、渦體變遷之類的研究時(shí)，總是受限于關(guān)鍵數(shù)據(jù)的獲取。一方面是現(xiàn)有水流測(cè)量?jī)x器研究的滯后；另一方面是測(cè)得的數(shù)據(jù)(如ADV，PIV等)經(jīng)過(guò)復(fù)雜處理才能獲知一些初步情況(如渦體尺度，渦體脫落等)，從而阻礙了及時(shí)合理的調(diào)整試驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)研究。因此，先進(jìn)水流測(cè)量?jī)x器的研發(fā)亦是進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)研究的必要前提。

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(編輯：曾小漢)

Research Advances in Flow Characteristics Near SubmergedRiver Regulation Structures

GE Yao1,2, CHEN Chang-ying1,2

(1.Hydraulics and Hydropower Institute, Hohai University, Nanjing 210098, China; 2.Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210029, China)

On the basis of research achievements in China and abroad, we made a review on the complex flow characteristics (flow velocity, shear stress distribution, eddy flow structure, turbulent kinetic energy, scale effect, separation zone, roughness coefficient and immersion ratio) near submerged river improvement structures (submerged groyne(dikes), vanes, cylindrical and beach-protection belt). We also discussed the mechanism of scouring and backwater effects. Research results indicate that the flow characteristics are determined by the disturbance of these submerged structures to flow. The induced eddy flow and backwater greatly affect the flow structure, increase local bed resistance, and redistribute the comprehensive roughness coefficient. Finally we present the shortcomings of the achievements and put forward prospects to future research.

submerged river regulation structures; submerged dike; flow characteristics; scour; backwater effect

2014-09-12；

2015-01-04

葛 瑤(1989-)，男，陜西安康人，碩士研究生 ，從事水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)研究，(電話)15996310895(電子信箱)geyaolove@163.com。

10.3969/j.issn.1001-5485.2015.05.013

2015,32(05):66-71

TV135

A

1001-5485(2015)05-0066-06