干支流交汇河段水流泥沙特性研究综述

７ ｅ ｒ ｒ ｅ ｉｗ ｄ，ａ ｄ ｔ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｒ ｓ ｅ ｔｉ ａ ｓ ｉｃ ｓ ｅ ． ０ ｙ ａ ｓａ ｅ ｒ ｖ ｅ ｅ ｎ ｈ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｏ ｐ ｃ ｓ ｌ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｐ ｏ
Ｋｅ ｒ ｓ： ｃ ｎ ｕｅ ｃ ｓ ｃ ｎ ｎ ｌ ；ｒ ｔｏ ｏ ｉｃ ａ ｇ ｌｏ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉ ｙ ｗｏ ｄ ｏ ｌ ｆ ｎ ｅ ｈａ ｅ ｓ ａｉ ｆｄ ｓ ｈ ｒ ｅ；ｆ ｗ ｈ ｃｅ ｔｃ；ｓ ｄ ｍｅ ｔｃ ａ ａ ｔｒｓｉ ｒ ｉ ｅ ｉ ｎ ｈ ｃ ｅ ｔｃ ｒ ｉ
交汇 口下游 回流等水力 学问题 以及交汇 口上游壅水 区和
河段 ， 在其交汇 口流场分区 、 水面形态 、 螺旋流 、 水流结构 、
能量损失及泥沙特性等方 面 ， 取得 了如下进展 ：
下游 回流 区的泥沙 淤积 、 交汇 口下游河 床 冲刷等 泥沙问 题， 而且还 存在交 汇 区污染 物滞 留及 污染物 扩散 等环境
交 汇 角 和 汇 流 比 的增 大 而 增 大 ； 定 交 汇 口几 何 形 状 和 给
第 ８期
口螺 旋流存在 与否 ， ｉ ｎ等人 认为 在斜接 汇流 口没有 螺 Ｂｒ ｏ 旋流存在 ¨ 而 Ａ ｈ ｏｅ等人则证 明在 “ ， ｓｍ ｒ 非对 称 ” 的汇 型
流 口； ②汇流 口螺 旋流 的形成位 置及 形状 特征 。Ａ ｈ ｏｅ ｓｍ ｒ
响 ， 为 在 汇 流 比 （ 流／ 流 ） 小 或 者 极 大 时 ， 流 口 认 干 支 极 汇
增加对分 离区起 了阻 碍作 用 ， 使得 分离 区尺 寸减 小 。此
结论 与“ 非对称 ” 汇流 口的研 究成 果表 面看似 相反 ， 其实 是 由于分离 区形成 的位置不 同所致 。“ 非对称” 交汇 口的 分离 区一般形成 于入汇侧 ，Ｙ 型汇流 口干流的分离 区形 “” 成于入汇对侧 ， 当汇流 比足够 大时 ， 支流 中也会形 成分离
维或二 维水 深及 流速变 化 ， 离交 汇水 流真实 的三维 流 。随着试验 量
动特性 问题完全解 决仍有 一定距 离
测设备 的发展 ， 对交汇河段 各分 区三维流 动特性 、 水流 结 构 和 动量 、 量 变 化 的研 究 逐 渐 发 展 起 来 － 能 ２。 ６ ３ ２０ ０ ９年吴迪利用 Ａ Ｖ观测 了复式 交汇 口水 槽模型 ， Ｄ 测 得不 同断 面的脉 动流速 ， 为在探 槽 的交界 附近存 在 认
０ 引 言
水流交汇现象普遍存 在于 自然 界和人类 工程 的多种
发 生弯 曲； 对称 型汇 流 口， ② 或称为“ ” Ｙ 型汇流 口， 即汇流
口上游 干支流 河道相对 于下游 河道呈 对称分 布 ， 在汇 流 口， 干支流河道 均发 生弯 曲。针对上 述不 同类 型 的交 汇
水力 系统 中。干支 流交 汇河段 不仅 有交 汇 口上游 壅水 、
．
ａ ｄ ｅ ｏ ｙ ｔ ｍ． Ｉ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｓ ｏ ｈ ｒ ｃ ｅ ｓｉｓ ｏ ｔｒ ｓ ｒ ｃ ｏ ｄ ｔ ｎ，ｓ ｉａ ｎ ｃ ｓ ｓｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ，ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｅ ｎ ｃ ａ ａ ｔｒ ｔ ｆｗａｅ ｕ ｆ ｅ ｃ ｎ ｉ ｏ ｉ ｃ ａ ｉ ｐｒ ｌ
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．
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区。
形成 大的单一螺旋流 ， 形成于 流量 占绝 对优势 的一侧 ， 另
一
侧 的螺旋流将 受到压迫 ； 当汇 流 比接近 于 １时 ， 汇流 口
则形成表 面汇聚的双螺旋流结构 。
１２ 水 面形 态 ．
水 面形 态 一 定 程 度 上 可 以 反 映 水 流 的 内 部 结 构 ， 对
出了 一 个 汇 流 口水 流 分 区概 化 模 型 ， 汇 流河 段 分 为 ６个 将
１ 干 支流交汇河段 水 沙特性研 究进展
天然河道 中的干支 流交 汇河 道 的汇流 口形 式 多样 ，
一
区： 流区、 滞 分离区 、 水流偏 向区 、 最大流速 区、 流动恢复 区
及剪切层 区 Ｊ 。汇 流 口水 流存在 强烈 的三维 性 ，０ １年 ２０ Ｗｅｅ 等人进一步通过 三维概 化模型 对流场 分 区开 展 了 ｂｒ
特性的研 究对防洪规划、 航运交通和生态环境等均具有重要意义。从流场分 区、 水面形 态、 螺 旋 流 、 流结 构、 水 能量损 失及 泥沙特 性 等 方 面较 为 系统 地 总 结 了近 ７ Ｏ来自百度文库 来 干 支流 交汇 河段 水 流泥 沙特性 的研 究成果 ， 并对 未来发展 前 景进行 了展 望 。 ［ 关键词］ 交汇河段 ； 汇流 比 ； 流特性 ； 沙特性 水 泥
证 明当干支流动量 比接近于 １时 ， 汇流 口形成表面汇聚 的 螺旋 流 ； ｈａｓ 明随着 干支 流动量 比的变化 ， Ｒ ｏｄ 证 在斜 接型
汇 流 口下 游 形 成 一 个 螺 旋 流 ， 者 以 混 合 层 为 界 背 对 背 或 的螺 旋 流 ” Ｊ 。
Ｙ型汇流 口螺旋流 的研 究 主要 通过水 槽实 验和数 值
问题。研究 干支 流交 汇 河段 水 流泥 沙 特性 对 于 防洪 规 划 、 运交 通和生 态环境 等均 具有重要 的理 论和 实际意 航
义。
１ １ 流场分 区 ．
由于河道平面形 式 的差异 ， 成 了不 同类 型交 汇河 造 段水 流条件 的差异 ， 但无 论是 非对称 型还是对 称型交 汇 口， 其流场分 区的研究 均进行 较早 － 。１ ８ ５ ９ ７年 Ｂ ｓ 提 ］ ｅｔ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｈ ｏ ￣ ｅ ｃ ｆ ｉ ｅ ｅ ｔｃ ａ ｎ ｌ ｏ ｓｒ ｃ ： ｓ ｔ ｅ ｃ ｎ ｕ ｎ ｅ ｏ ｆ ｒ ｎ ｈ ｎ ｅｓｉ ｃ ｍｍｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ｒｌｒ ｅ ｓ ａ ｄ ｈ ｄ ａ ｌ ｒ — ｄ ｆ ｓ ｎ ｉ ａ ｕ ａ ｖ ｒ ｎ ｙ ｒ ｕ ｉ ｐ ｏ ｈ ｉ ｃ ｎ ｌ ｊｃ ， ｈ ｕ ｙｏ ｓ ｏ ｎ ｄｍ ｎ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔｃ ｒ ｅ ｙ ｉ ｏ ｔ ｔｏ ｏ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ｎａ ｉ ａｉ ｎ ｅ ｔ ｔｅｓ ｄ ｆｔｆ ｗ ａ ｄｓ ｉ ｅｔｃ ａ ａ ｔｒｓｉ ｓａ ｅｖ ｒ ｍｐ ｒａ ｎ ｆ ｏ ｏ ｔｏ ， ｖ ｇ ｔｏ ｓ ｔ ｉ ｌ ｅ
模 拟分 析 ， 究结 论 为汇流 比和河 床高差 对螺旋 流 的形 研
成位 置和强度具有一定的影 响。郭维 东等人研 究 了 Ｙ型
汇 流 口水 流 的 三 维 特 性 ， 明 沿 水 流 方 向 向下 游 呈 现 螺 证
尺寸 ， 分离区的形 状基本 不变 。对 于对 称型 （ Ｊ Ｙ型 ） 汇 流口， 分离区主要产 生于 干流侧 ， 当通过增 加支 流的流量 使 汇流 比增大 时 ， 槽 的特殊形 式导致 支流 输入 动量 的 水
１４ 水流 结构及 能量 损 失 ．
由于边界 几何形 状 的复 杂性 和存 在 自由水 面 ， 然 虽 不少研 究工作 者 曾分别从 能量 方程 、 动量 方程 及势 流理 论 等途径 对 汇流 口流动特 征进 行过探 索 ， 但是 多局 限于
一
于交 汇 河 段 的 水 面 形 态 研 究 较 多 ， 仍 存 在 一 定 争 但 议 一 ３ ０ ２年 Ｂｒｎ等 人研 究发 现 ， 面 超高 是 汇流 １ 。２０ ０ ｉ ｏ 水 口混合层 与停滞 区的特 征 ， 常分离 区出现水 面跌 落 ｊ 通 。 汇流 口水 流强 三维性 导致水 面形 态较 为特殊 ， 横 向水 纵 面形态都有变化 。１９ ９ ７年兰波通过模 型试 验详 细研究 了 “ 非对称” 型汇流 口横 、 向水 面形态 的特 征 ， 究认为汇 纵 研
一
４ — ２
周翠 英 ， ： 等 干支 流 交汇河段 水 流泥 沙特性 研究 综述
为丰 富。分离 区的形状 和大小对 最大流 速区也有 着显著 的影 响。１４ ９４年 Ｔ ｙｏ 次研 究 了 明渠 水 流 交 汇 的特 ａｌ ｒ首 性 ， 采用等宽平底 的水槽进 行实 验 ， 究支流斜 接 主流 他 研 ４ 。 １５ 时交 汇河 段的水深 变化 ， ５和 ３。 并认识 到汇 流 口横 向 水流分离 区的重要 性 ｊ ０５年茅 泽育 等应用 Ｄ Ｉ 。２ ０ ＰＶ数 字粒子 图象处理技术对 非对称 型明渠交 汇 口流场 进行 了 实验研究 。试验 结果 表 明 ， 汇 流 口下游支 流入 汇 侧 出 在 现分离 区， 分离区流速较小甚 至 出现洄流现 象 ， 离 区的 分 形状 随着 交汇 角的减 小而变 得狭 长 ， 离 区的尺 寸随着 分
更为细致 的研究 Ｊ 。
般可大致分为两种常见类 型” ： Ｊ①非对 称型 汇流 口， 即
汇流 口下游 河道 与上游 干流河 道衔接 平顺 ， 仅支 流河段
在上述流场分区 中， 分离 区的研 究最多 ， 其成果 也最
［ 收稿 日期 ］ ２ １ ３— ５ ０２—０ ０ ［ 作者 简介】 周翠英 （９ ７一） 女 ， １８ ， 湖南常宁人 ， 研究方 向为数值 模拟 ； 邓金 运（ ９ ５一）男 ， １７ ， 山东滕 州人 ， 副教授 ， 主要 从事水库泥沙河道整治研究 ．
［ 中圈分类号］ Ｓ５ １７ ［ 文献标识码 ］ Ａ ［ 文章编号］ １０ ７７ （０ ２ ０ ０ ４ ０ ０６— １５ ２ １ ）８— ０２— ４
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｈ ａ ａ ｔ ｒｓｉｓｏ ｌ ｗ ｎ ｅ ｉ ｎ ｔ ｄ ｎ ｔ ｅ Ｃｈ ｒ ｃｅ ｉｔｃ ｆＦ ｏ ａ ｄ Ｓ ｄ ｍｅ ｔ ａ ｈ ｎ ｕ ｎ ｅ ｏ ｅ ａ ｎ ｌ ｔｔ ｅ Ｃｏ ｆ ｅ ｃ ｆＯｐ ｎ Ｃｈ ｎ ｅｓ ｌ
ｌ ｗ ｌ ｗ ｔｕ ｔ ｒ ｆｏ ，ｆｏ ｓｒ ｃｕ ｅ，ｅ ｅ ｇ ｏ ｓａ ｄ ｓ ｄ ｍｅ ｔｔａ ｓ ｒ ｔｔ ｅ ｃ ｎ ｕ ｎ ｅｏ ｐ ｎ ｃ ａ ｎ ｌ ｎ ｔ ｅｐａ ｔ ｎ ｒ ｌ ｓ ｎ ｅ ｉ ｎ ｒ ｎ ｐｏ ａ ｈ ｏ ｆ ｅ ｃ ｆｏ ｅ ｈ ｎ ｅ ｓｉ ｈ ｓ ｙ ｔ ｌ
Ａｕｇ ２ ２ ．， ０１
干 支 流 交 汇 河 段 水 流 泥 沙 特 性 研 究 综 述
周翠英 ， 邓金 运
（ 武汉大学 水资源与水 电工程科学 国家重点实验室 ， 武汉 ４ ０ ７ ） ３０ ２
［ 要］ 水流 交汇现 象普遍 存在 于 自然界 和人 类 工程 的 多种 水力 系统 中， 摘 交汇 河段 水 流泥 沙
旋流 ， 沿水流方 向螺旋度 值大 幅度 减小 ， 螺旋 流的强度 大 幅度减弱 ， 以顺时针 的螺旋流 为主 ， 汇流 比增 大 以及河 床 高差都会 减弱 螺旋 流 的强度 。１ 。２０ － ］ ０ ８年王 晓刚通 过 ９ ３ Ｄ数值模拟 分析 汇流 比对 对称 型汇 流 口处 螺旋 流 的影
第 １ 卷第 ８ ８ 期 ２１ ０ ２年 ８月
水利 科 技 与 经 济
Ｗ ａ ｅ ｎ ｅ ｖ ｎ ｙ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｏ ｏ ｔｒＣｏ ｓ ｒ ａ ｃ ｃｅ ｃ ｎｄ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ Ｅｃ ｎ ｍｙ
Ｖ０ ． ８ Ｎｏ ８ １１ ．