非对称复式明槽水流结构的研究

Compound channels play an increasingly important role in flood control project, river ecological restoration, urban river landscape design, and water environmental protection. Compound channel flow is becoming one of the hottest research topics. Recent studies show that the momentum exchange has a significant impact on the flow structure of both symmetric compound channels or asymmetric ones with one floodplain, which have different flow structures..　Asymmetric compound channel with two floodplains widely exists in natural rivers, but has not been studied ever before at China and abroad. This project aims an in-depth study on the flow structure of such a commonly-existing compound channel for the first time. Through the experiment study combined with numerical simulation method, we can obtain a comprehensive understanding of momentum exchange between main channel and floodplain, in order to accurately predict flow velocity, shear stress distribution, and channel capacity. The outcome will provide a scientific basis for river flood regulation, urban river landscape design, flood risk and environmental assessment, and the transport and control of pollutants. .　This project is at the first time to conduct such a comprehensive study on asymmetric compound channel with two floodplains, so the outcome of research not only has an important value in scientific research and practical application, but also becomes a milestone in the field of research.

复式明槽在河流防洪、生态恢复、城市河道景观设计和水环境保护中发挥越来越重要的作用;复式明槽水流，已成为当前研究的热点。近期研究表明：对称复式明槽与单滩地非对称复式明槽具有明显不同的滩槽水流特性，滩槽水流交换对预测复式明槽滩槽流速与过流能力至关重要。对于天然河流广泛存在的非对称双滩地复式明槽的滩槽水流结构,目前国内外还未曾研究，其滩槽流速与流量等预测方法尚不清楚。本项目就是针对这一更具代表性的新型复式明槽，研究滩槽水流相互作用的力学机理。项目以试验与数值模拟相结合方法,以阐明滩槽水流动量交换的基本规律,并发展较准确预测滩槽水流速度,切应力分布和过流能力的计算方法为目标,从而为河道防洪整治、景观设计、环境评价、以及污染物传输与控制提供科学依据。本项目首次对该代表性明槽进行全面深入的研究,填补了国内外在该领域的不足。其研究成果不仅具有重要的学术研究和广泛运用价值,而且在该研究领域具有里程碑意义。

复式明槽在河流防洪、城市河道景观设计和水环境保护中发挥越来越重要的作用。非对称双滩地复式明槽的滩槽水流结构,目前国内外还未曾研究，其滩槽流速与流量等预测方法尚不清楚。..本项目研究主要包括两部分：实验研究与建立用于滩槽流速与流量的数学模型。..实验研究的主要目标是获取高质量的水动力参数数据。为研究主槽与滩地交界面上的水流特性，进行了33组非对称复式明槽水流的试验与分析，利用3D ADV 流速仪,对非对称复式明槽进行了全断面测量，获得深度平均速度、雷诺应力、二次流和交界面的表观剪切应力。试验包含滩地光滑和人造草皮加糙的两种条件，填补了双滩地和多级的不对称复式明槽数据集的空白。..理论研究的目的是揭示新型非对称复式明槽水流相互作用机制的特性。滩槽之间的水流相互作用将影响复式明槽的滩槽各分区流速与流量的分配和整体断面过流能力。许多研究人员试图根据作用在滩地和主槽之间假想的交界面上的表观剪应力来估算水流相互作用。然而，我们研究发现，以前的模型既不适用于非对称复式明槽，也不适用于收集到的广泛数据集。即使对于相同的水深和几何特性的复式明槽，非对称复式明槽的表观剪应力高于对称复式明槽。..本项目提出基于缩放参数的动量交换的分析计算模型，该模型可以对每分区流量进行简单的分析计算。由此提出相应的表观剪切应力系数的新模型，以改进这些新型复式断面的分区和总体流量预测。结果表明，在这些新型复式断面中，对于不同的主槽漫滩高度与漫滩宽度比，该系数强烈依赖于滩槽深度比。项目所提出的模型推广应用与天然复式河道的设计。