格状膜袋水动力特性探究范文

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摘要：生态护岸结构应用于工程建设，可以和传统工程措施相辅相成，稳固洲滩、平顺水流，并可以加强工程建设中对沿线环境和景观的保护。本文采用理论分析结合水槽试验的方法，研究生态膜袋护坡结构水动力特性。

关键词：水槽试验；格状膜袋；水动力特性

引言

传统的航道整治工程在维护航道稳定与安全，确保行洪顺畅等方面功不可没，并将拥有持续的生命力，但由于强调工程的耐久性与整治效果，较少考虑工程与河道生态之间的关系以及环境需求，因而存在一些不足，传统工程施工与营运期间大量、频繁的人类活动，也将不可避免地对周边水域的生态环境造成一定的影响。为了适应河流生态修复的需要，落实长江航道整治护岸工程的生态环保的需求，拟通过理论分析结合水槽模型试验的手段对专题提出的格状膜袋护坡结构的水动力特性开展研究，优化结构尺度、布置方式等，为生态膜袋护坡结构在长江航道整治护岸工程中的应用提供技术支撑。

一、工程概况

生态护岸位于鳗鱼沙右汊右岸下段护岸，生态护岸采用格状膜袋护坡结构，对坡面进行找平、修整，保证坡面平顺、无明显凸凹、无杂物，坡面平整度不大于100mm。坡顶采用块石压载，块石底宽2.0m、高1.0m。膜袋顺岸线方向长度25.5m，搭接长度为5.0m，为了方便施工，每隔4.4m设置一个分段。平行及垂直于水流方向设置膜袋肋，肋中冲混凝土，肋高0.35m、肋间距2.2m，两个肋之间设置单层土工布，充填拌合草种的植物基质，每层土工布形成的格状膜袋厚0.1m。

二、试验水槽选择

水动力特性及水流作用下的防冲促淤效果等大比尺试验在变坡水槽中进行，水槽长44m、宽0.8m、深0.8m，可调最大底坡14‰，试验时水槽底坡固定为1‰，模型采用水流自循环系统，进口流量采用电动阀及电磁流量计控制，并设PVC管群消能平顺水流，出口通过步进电机控制格栅尾门的开度进而控制尾门水位。

三、设计护岸结构模拟与制作

为便于结构加工，水动力特性及促淤性能试验采用有机玻璃管按几何相似进行缩尺模拟，为保证膜袋表面糙率相似，在有机玻璃管表层粘贴棉布。在最终确定生态膜袋结构推荐型式后，护坡结构型式按几何相似和质量相似进行缩尺模拟，开展结构稳定性试验。

四、计算结果

针对格状膜袋设计护岸结构，开展水动力特性及促淤性能试验。1．垂线流速、紊动强度变化图2为设计格状膜袋结构（20cm）相邻两压载体间纵向（顺水流方向）沿程流速u、紊动强度σx垂线分布。从图中可以看出，两压载体之间膜袋顶部区域流速明显减小，护坡上游行进水流膜袋顶部点流速约0.85m/s，进入膜袋内近底流速减小至0.2~0.7m/s；水体紊动强度则明显加大，护坡上游行进水流膜袋顶部紊动强度σx约0.1m/s，进入膜袋内σx加大至0.18~0.28m/s。．流速、紊动强度沿程分布膜袋表层之上3cm处流速、紊动强度纵向（顺水流向）沿程变化，可以看出，压载体之间近底流速由0.35m/s逐渐加大至0.67m/s，而紊动强度则由0.22m/s逐渐减小至0.16m/s。图5设计格状膜袋结构（20cm），膜袋表层之上3cm处流速、紊动强度纵向（垂直水流向）沿程变化，可以看出，在水槽单向水流作用下压载体之间近底流速横向沿程呈对称分布，中间小（0.65m/s）、靠近压载体大（0.91~1.02m/s），而紊动强度则为中间较大（0.18~0.2m/s）、两端小（0.15m/s）的特征。

四、结论

采用理论分析结合水槽试验的方法，研究格状膜袋护坡结构水动力特性，格状膜袋结构能够对行进流速有了较大衰减，为植物生长提供了较为适宜的水动力环境，但在膜袋表层附近的近地流速和紊动强度较大。

参考文献

[1]中交上海航道勘察设计研究院有限公司、长江航道规划设计研究院，等.长江南京以下12.5米深水航道二期工程初步设计报告[R].2015年5月.

[2]《内河航道与港口水流、泥沙模拟技术规程》（JTJ/T232-98）[S].

[3]李昌华，金德春.河工模型试验[M].北京:人民交通出版社，1981年.

[4]何超勇，琚烈红，冯卫兵.苏南运河船行波现场观测及物理模型试验研究[J].水运工程，2012，（8）：130-135.

作者：杨有军；吴福林 单位：中设设计集团股份有限公司