缝型与弧底型组合敞口拦河坝系统中的流动动力学

《Scientific Reports》：Flow dynamics in a combined open check dam system with slit and curved-footed types

　　

摘要

开放式拦河坝是设置在山区河流中的结构，可在洪水期间让细颗粒泥沙通过，同时拦截粗颗粒泥沙，从而防止下游淤积。尽管不同类型的开放式拦河坝已得到广泛研究，但它们在单一系统中组合使用的性能仍缺乏充分了解。本研究通过实验和数值方法研究了由缝式和曲脚式组成的组合开放式拦河坝系统的水流特性。构建了物理模型，并在不同坡度和流量条件下进行了实验。与实验相结合，开发了计算流体力学（CFD）模型，并针对实验数据进行了验证。对实验和数值结果的分析显示出了高度的相关系数（99.16%）。流态分析表明，六个模型中有四个出现了水跃，随后形成了缓变回水流程。计算得出的能量消散比范围为8.11%至28.99%，表明组合系统相比单个结构显著提高了能量消散性能。这些发现强调了整合不同类型的开放式拦河坝以在系统尺度上改善水流调控和能量消散的潜力。