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目前,国内外对弯道水沙运动特性已进行了大量深入的研究,室内试验研究大多是针对等宽弯道进行的,而对山区河流独特的急弯放宽河段的水力特性研究甚少,所以开展急弯放宽河段室内试验研究具有重要的意义。
本文在分析山区河流形态的基础上,概化出急弯放宽河段的基本平面形态参数,引入了弯道放宽率β这个因素。在前人对弯道水流研究的基础上,综合考虑了弯道放宽率β、弯道中心角θ、相对弯道中心半径Rc/-B、弗汝德数Fr等因素的影响,对山区急弯放宽河段的水力特性进行了系统的试验研究。
通过物理模型试验,观测了弯道试验段水面线的变化、弯道断面的流速分布、推移质的淤积带、水流分离现象的发生和分离区的大小。
试验研究成果表明,放宽率β对急弯放宽河段的横比降最大值有较大影响,对于等宽弯道,横比降的最大值一般出现在弯顶处,但是随着β的增大,最大值出现的位置会相应逐渐上移。而β对纵比降最大值的影响较小,通过对试验数据的拟合,建立了凸岸和凹岸最大纵比降与弯道中心角θ、相对弯道中心半径Rc/-B和弗汝德数Fr这三个因素的经验公式。试验成果和公式推导表明,横比降和纵比降的最大值都随Fr增大而增大。
前人对水流分离现象的分析,多集中在Rc/-B和Fr这两个参数上面,并通过这两个参数绘制了水流分离现象的判别图。通过本文的试验可以看出,在急弯放宽河段,β对水流分离现象的发生与否、分离区的长度都是起着主要的作用,而Rc/-B、θ和Fr的影响要稍小一些。此外,本文还将推移质淤积带和水流分离区结合起来分析,总结了Rc/-B对淤积区最大宽度和分离区最大宽度的影响。
在所有试验中,水流动力轴线的变化都不大,这说明对于本文概化出来的这种限制性河湾,水流运动的方向因流量不同或是水流强度的不同而改变的幅度是很小的。