淹没丁坝诱导局部河床变形研究

丁坝是国内外河道整治中常见的工程措施，近年来在河湖生态修复领域也有所应用，但其导致的局部河床变形削弱了丁坝的防护作用，严重者适得其反。目前，对丁坝诱导局部河床变形的研究成果主要集中于非淹没丁坝，对淹没丁坝的研究多集中于水流结构特点的讨论。因此，淹没丁坝诱导局部河床变形机理的研究具有重要意义。本项目将采用理论分析、试验观测及原型资料收集相结合的手段，对淹没丁坝诱导局部河床变形问题进行研究。考虑常规河床变形影响因素的同时，重点探讨壅水作用和非均匀沙的影响，构筑壅水绕流挤压模式，进行力学分析，从理论上研究淹没丁坝诱导局部河床变形的机理，探讨丁坝扰流与河床变形的耦合机制，确定河床局部变形尺度与诸因素的定量关系。通过系列试验率定相关参数，检验壅水绕流挤压模式、河床局部变形尺度定量描述的合理性与适应性。.本项目成果用于河道整治和河湖生态修复领域，将对丁坝设计具有指导意义，可使丁坝设计更加合理、可靠。

为了研究淹没丁坝诱导河床的变形机理，课题组主要开展了以下研究。.课题组收集整理了国内外对淹没丁坝的研究成果，从水力学问题和泥沙问题两个方面进行了分析归纳。.课题组构造了淹没丁坝绕流挤压模式，从理论上推导了淹没丁坝坝头处床面冲刷的极限深度计算式，实验资料验证表明该理论计算式可以较好地计算正挑淹没丁坝坝头处极限冲刷深度，但需要计算者对丁坝水流结构特性、河床组成特性等具有较为透彻的了解；另外，对于非正挑淹没丁坝，需要考虑挑角和壅水的影响，需要更为合理的模式对计算式进行修正，在获得较好的模式前，可采用已有的关于挑角影响的研究成果对计算结果进行简单的修正。.课题组通过试验对淹没丁坝附近河床的动水压力进行了观测，分析了床面动水压力的时均值、脉动幅值、脉动强度等统计特性。试验成果表明，丁坝引起的附近床面动水压力统计特性与挑角的大小、丁坝是否被淹没、以及淹没深度有关。尤其是挑角对各项统计特性的影响明显，通过统计特性分析可以看出，上挑丁坝对水流的扰动最大，正挑丁坝稍小，下挑丁坝较小。.课题组重点对淹没丁坝诱导的局部河床变形进行了试验研究，对诱导河床变形的水流结构进行了观测分析，对影响河床变形的主要因素进行了单因素对比试验，分析了淹没深度、全断面平均流速、床沙粒度、挑角等对淹没丁坝附近河床局部冲刷坑形态及深度的影响。试验成果表明，床沙的粗细影响到是冲刷坑规模的大小，但对冲刷坑形态的影响可以不予考虑；全断面平均流速越大，冲刷坑规模越大。同等条件下，上挑淹没丁坝坝后近岸段呈淤积态势，而下挑时坝后近岸段则呈现略冲态势。坝头附近床面冲刷情况以上挑丁坝最为严重，下挑丁坝最轻，正挑丁坝居中，且较接近上挑丁坝。因此，设计中淹没丁坝挑角的确定要结合工程设置目的进行选择。