水力插板透水丁坝结构型式及冲淤机理研究

According to the flood characteristics,silt characteristics, geological features, flood characteristics and evolution law of the sandy desert river in xinjiang tarim river basin, based on the previous research results, to research on the structure type, and the scouring and silting characteristics of the permeable hydraulic flashboard spur dike. The main research methods including theoretical analysis, movable bed model test, and turbulent flow numerical simulation of computation fluid dynamics, etc. Specific study content as follows: the structure type and protection effects, hydraulic characteristics, the mechanism of scouring and silting, the key hydraulic problems in design of the permeable hydraulic flashboard spur dike. Aims to put forward optimal structure type and layout scheme of the permeable hydraulic flashboard spur dike, in order to obtaine scouring and silting laws in the action area of the spur dike, to quest the riverbank protecting and sediment promoting mechanism of the permeable hydraulic flashboard spur dike, to put forward the determination method about the key hydraulic parameters such as local scouring depth, height of backwater, water level descent, and backflow length,etc. The study works is of significance to exploring porous hydraulics scouring and silting characteristics of the permeable regulation structure. It provides theoretical basis for application of the permeable flashboard spur dike in river regulation and flood management in the sandy plain river in xinjiang tarim river basin. It will explore a new way for constructing more safe ,more economic，and more effective porous hydrophilic regulationg structure and permanent bank revetment project.

针对新疆塔里木河流域沙漠段多沙河流的洪水和泥沙特性、地质特征、洪灾特点和演变规律，在透水丁坝和水力插板技术研究基础上，创新性地提出水力插板透水丁坝新型护岸结构。综合采用理论分析、动床模型试验与紊流数值模拟研究方法，研究水力插板透水丁坝的结构型式及防护效果、水力特性及冲淤机理、设计中的关键水力学参数问题。旨在提出水力插板透水丁坝最优结构型式和布置方案，揭示水力插板透水丁坝作用区冲淤规律，探明水力插板透水丁坝缓流促淤护岸机理，得出坝头局部冲刷深度、壅水高度、水面坡降及下游回流长度等丁坝设计中需要解决的关键水力学参数的确定方法。本研究对探索透水结构丁坝冲淤防护机理有一定的学术价值和理论意义，成果可为水力插板透水丁坝新技术在粉细砂地层河道治理与防洪工程中的应用提供理论依据，为建设更安全、更经济、更亲水、更有效的透水型护岸建筑物和永久性护岸工程探索新途径。

在塔里木河流域近期综合治理项目实施背景下，本课题对水力插板透水丁坝结构型式、缓流促淤效果及丁坝作用区水流特性、冲淤变化等进行了试验研究、理论分析和数值模拟，获得了一系列研究成果。.在透水丁坝结构型式及缓流促淤效果研究方面，重要结果及关键数据：双列矩形孔结构的缓流促淤效果优于其它孔型结构；合理的有效坝长范围占河槽宽度的16.7%～25%；合理的透水率范围为20%～40%；合理的挑角范围45°～90°；水力插板透水丁坝缓流促淤效果影响因素的影响排序为有效坝长、挑角、透水率；缓流促淤效果最优设计参数组合为有效坝长占河槽宽度的18%、透水率30%、挑角45°。.在透水丁坝作用区水流特性研究方面，重要结果及关键数据：水力插板透水丁坝有效坝长越长，坝前和坝后流速越小；透水率越大，坝前和坝后流速越大；挑角越大，坝前流速越小，坝后流速越大；流量越大，坝前与坝后流速均越大；有效坝长越长、透水率越小、挑角越大，则坝前水位越高，坝后水位越低，水位差越大；流量越大，坝前与坝后水位均越高。.在透水丁坝作用区冲刷特性及防护机理研究方面，重要结果及关键数据：揭示了含沙量、挑角、流量、束窄度和透水率对丁坝作用区冲刷和淤积特性的影响规律；提出了减小丁坝群坝头冲刷的最优布置方案为：第一、二、三个丁坝的长度与河宽的比值分别为0.25、0.21、0.21；第一、二个丁坝透水率为30%，第三个丁坝透水率为20%；第一、二个丁坝间距与第一个丁坝长度的比值为3，第二、三个丁坝间距与第二个丁坝长度的比值为2；第一、二、三个丁坝挑角都为60°；提出了适用于计算水力插板透水丁坝坝头冲刷深度的经验公式。.研究成果为后续透水丁坝促淤造滩研究及调水调沙研究奠定了理论基础，为水力插板透水丁坝新技术在粉细砂地层河道治理与防洪工程中的应用提供了理论依据，为建设更安全、更适用、更经济、更生态的透水丁坝护岸工程及内陆河综合治理探索了新途径。本课题的研究对塔里木河防洪、护岸工程建设、保障生态输水、保障河道两岸居民正常生产和生活有极为重要的理论和现实意义。