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文檔簡介
1、大通水文站流速與懸移質含沙量垂線分布規(guī)律陳健?。↘江水利委員會長江下游水文水資源勘測局.江蘇南京210011)摘要天然河道中水流呈素沆狀態(tài),測點浪速和含沙量均受諸多因素影響。本文按照不同水位級,分別將2012年大通水文丈低水、中水、高水期選A法測M果做浪速和懸移質含沙量描錄計算,通過對各垂線相對位置測點結果統(tǒng)計分析成,得出各測點兩者沿垂線分布規(guī)律關鍵詞大通水文站;流速;懸移康含沙量;每我分布長江在自然條件下為挾沙水流,水、沙同時受諸多因素作用,關系較為復雜。一般情況下簡單分析為懸移質含沙量的運動主要受紊流和重力的作用;水流流速與水流條件相關,由于泥沙的存在又影響水流的結構。自上世紀以來,前輩們
2、對紊流狀態(tài)下挾沙水流垂線分布做了大量的研究,并取得了重大成就。其中大部分人認可流速的對數分布規(guī)律,并通過卡門常數隨水沙條件變化來率定公式。但在實際測驗中,流速和含沙量都是相對獨立計算,那么通過實測資料,以各自的垂線分布規(guī)律來進一步研究兩者之間存在的關系。大通水文站處于長江下游,選擇具有代表性的2012年中水期5月170.高水期7月3日、低水期11月5日三次測驗,統(tǒng)計各次流速與懸移質含i少量的垂線分布,并簡單的分析兩者之間的關系。1簡介大通水文站地處安徽省池州市貴池區(qū)梅龍街道,于1922年10月4日設立,為長江下游干流基本水情站。作為控制長江入海水情及水源保護的把站,大通水文站是國家重要水文站,
3、屬一類流量精度站、一類泥沙精度站。本測驗i可段上下游10km范圍內基本順直,上游4km處有江口電廠、30km處有太子磯河段的鐵板洲和扁擔洲、219km處有鄱陽湖。下游約10km處有和悅洲。上游有皖河、秋浦河等水入匯,下游有九華河、青弋江等水入匯,但對斷面水流影響不大,斷面水流主要受上游干流來水及鄱陽湖出水影響。本站距???24km,低水受長江下游潮汐影晌顯著,水位流關系復雜,總的來說,水位流關系多年相對穩(wěn)定。左岸是江堤,堤腳有防浪林和農作物;右岸是高丘與江堤交替連結。在無潰缺的情況下,可控制1954年高洪以上1m的水情。左右岸上游約1km處,有高程(凍結基面)約為12m的河灘,其寬度左岸約15
4、0m,右岸約300血淹沒前種植農作物,出水時無水生植物。多年沿用的流速儀測流斷面基本穩(wěn)定,每次測流同時施測斷面水深,汛都脆各施測大斷面一次o起點距在260m500m之間河床是細沙組成,高洪時有3m左右的沖淤:起點距5001590m間河床為砂土,比左岸路粗,高洪時略有沖淤。起點距1670-1800m間為礁板,礁板±布有少量砂礫、卵石,河床穩(wěn)定。右岸原有的黃土丘陵已成平地,開發(fā)成移民建鎮(zhèn)區(qū),地面高程(凍結基面18200%主泓位置一般穩(wěn)定在起點距6501050m之間,洪峰到來時主泓流速向左偏移,呈明顯高流速區(qū),一般水情斷面流速分布差異不大O2012年分別在3月28日和11月6日進行兩次大斷
5、面測量,左岸水邊到起點距260m之間淤積現象已穩(wěn)定,260m到1590m之間有13m的沖淤現象,1590m到右岸水邊河床無明顯變化,斷面基本穩(wěn)定。2流速沿垂線分布理論上由于河道斷面形狀、坡度、槌率、水深、彎道、風、氣壓和潮汐等因素的彰響,水流大多學紊流狀態(tài)。屆點流速是描述液體質點在某瞬時的運動方向和運動快慢的矢量。其方向與質點軌跡的切線方向一致。其大小為:AM&山.隼位為E/S,AS為液體質點在時間內流動的距離。水力學中常著眼于空間點來描述液體運動,通過某一空間點處的液體質點的速度即點流速u,般為空間點位置r及時間t的矢量函數,即u=u(r,t)o親流中,點流速隨時間作不規(guī)則的變化,一
6、般取某一段時間內的平均值是穩(wěn)定的。2012年大通站低水期、中水期、高水期各進行一次選點法計算,測驗按不同水位級布置相應12條垂線,采用聲學多普勒流速儀(AD-CP)施測,往返兩次斷面測驗,各測點平均流速取這四次相應流速測驗值平均計算。測驗中按五點法摘錄各垂線相對位置0.0、02、0.6、圖1流速小線分布圖衣由圖1可以看出大通站測流斷面流速成對數型流速分布,目水面的流速大于河底,從水面開始,隨水深增加流速逐漸減小。3懸移質含沙量沿垂線分布水流中懸移質泥沙的多少用含沙量Cs表示,懸移質含沙量一般指單位體積渾水中所含恩移質干沙的重量。測得含沙的水的體積V,質量M,設含沙量為C,則C=M/VO根據紊流
7、擴散理論得出的含沙量垂線分布公式為:.0).E)麗d-ay廠Cw-從河底起算水深y處的含沙量C廣距河底高度a的含沙d-垂線水深0-恩沙擴散系數與紊流動量傳遞系數間的比例系數,無資料時可假定為1.0K、u-分別為卡門常數和動力流速懸移質泥沙的運動受泥沙自重和紊動水流的共同作用,在斷面沿垂直方向和水平方向的分枷是不均勻的,在垂線上的分布一般總定含沙量自上而下逐漸增大。同上流速測驗時間對應,大通站2012年低水期、中水期、高水期進行三次選點法懸移質含沙量測驗,測驗采用橫式采樣器取對應垂線相對位置測點水樣,每個測點水樣容積為2000cm3,按規(guī)定要求經過沉淀、烘干、禰重再計算各測點含沙量值各垂線測點恩
8、移質含沙計算結果分析如下圖2:含沙量自上而下逐漸增大。同上流速測驗時間對應,大通站2012年低水期、中水期、高水期進行三次選點法懸移質含沙量測驗,測驗采用橫式采樣器取對應垂線相對位置測點水樣,每個測點水樣容積為2000cm3,按規(guī)定要求經過沉淀、烘干、禰重再計算各測點含沙量值各垂線測點恩移質含沙計算結果分析如下圖2:十工±±±碧“一由圖2可以看出大通站懸移質含沙量大部分的垂線分布是水面最小,河底最大,呈自上而下逐漸增大的過程。4結論根據以上測驗結果分析,雖然流速和懸移質含沙量均受多種因素影響,但在垂線分布都存在著一定的規(guī)律性o大通水文站測照斷面各垂線一般情況下流速
9、自水面到河底逐漸減小,懸移質含沙量則反之。因此通過以上論證并且由流速和含沙存在的相互影響,也可以得出一般情況下流速越大時含沙量越小、流速越小時含沙量則越大oSSSis置圖2.秘移質含沙效堆線分布圖農【費考文獻I張紅武.挾沙水流流速的垂線分布公式UimW形|2安平.劉布泉煥祥俊南低含沙水流流速分布的流-臥即I.水利學報.3106.|3|于東生.田淳,嚴以新長江口流速袍&沙垂技規(guī)津研究皿:.峽大學學報(自然科學版).2»m3.19W.|5|峰華動床水流削予脾變化規(guī)律明研究山叫|6|針樣俊.黃河中卜游含沙水凌粘度的計算模殉|.泥抄研究四1.富泉叔尤.季后強.論w1998.|8|徐思
10、思潘劍患移而含沙量沿勵線的分知邛.沃f究皿西部沛,俄.2012_發(fā)長江河道水流流速分布研究山:,:|0|穩(wěn)義正.以流速為參數的姑沙沿屜技分布公式及冷應用少叫究.1985.(JU*第2頁)3.4受力分析結論1)板梁自重及預應力荷載產生的底板橫向應力很小,可以忽略不計;底面橫向應力主要由二期恒載、溫度梯度荷底、車輛荷載產生,其中溫度梯度荷載產生的橫向拉應力所占比重較大。2)二她載、升溫溫差荷載作用下,中間板梁橫向應力大于兩邊板梁,沿底板高度方向拉應力增大.降溫溫差荷裁作用下,兩邊板梁橫向應力大于中間板梁,沿底板高度方向拉應力減??;車輛荷載作用下,車轄作用位置對應板梁橫向應力較大,底板拉應力沿底板高
11、度方向增大o3)底板厚度減小后,二期恒載、車輛荷載作用下,底面橫向拉應力沿高度的變化加劇,底面橫向拉應力變化較小,鋼絞線所在高度及圓孔底緣位置拉應力有明顯增加;溫度梯度荷載產生底板橫向拉應力沿高度方向變化率保持不變,底板變薄后,最大拉應力有所降低;標準值組合拉應力值增大o4小結經過上述分析,先張法預應力空心板梁底板縱向裂縫產生的原因有如下幾個方面:1)施工階段質量缺陷、工藝不當應該是后期縱向裂繾產生的主要原因,是底板縱向開裂的必要條件。梁體混凝土澆灌采用一次成型時,芯模定位偏低以及芯模自身鼓脹變形導致底板厚度不足,致使使用階段荷載作用下,板底底面橫向拉應力增大:處于芯模下緣的底板混凌土振搗困難,造成底板空心圓孔下方混凝士振搗不密實。2)設計因素空,成梁的設計中認為梁與梁之間以皎接形式連接,較縫只傳遞剪力而不傳遞橫向彎矩,但釵繾實際工作性能應介于釵接與剛接之間,與橋面現澆層一同起到傳遞橫向彎矩的作用.而上部結構多塊板梁聯成魏體后,形成了板橫向受彎效應。在橫向彎矩作用下,底板橫向受拉,當累計橫向拉應力超過禰士抗拉強度時,底板會縱向開吸,設計上板梁底板橫向僅設有1層。10箍筋,無法有效地限制裂縫開展。3)板梁底板縱向裂縫產生后,在溫差荷戟、車輛荷栽重復作用下,裂縫處因受拉
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