小浪底水库异重流研究和其应用.pdfVIP

第二届黄河国际论坛论文集 63 小浪底水库异重流研究及其应用* 张俊华 李书霞 马怀宝 陈书奎 石标钦 胡 恬 (黄河水利科学研究院) 摘要：在小浪底水库拦沙初期，入库水沙惟有形成异重流方能排泄出库。通过水库异蘑流实 测资料分析，并结合实体模型试验等相关成果，研究r异重流发生、运行及排沙等基本规律， 得到了异重流排沙的临界指标及其阻力、挟沙力、传播时间与排沙的具体表达式。在黄河调 水调沙之前，利用上述研究成果，设计了黄河多座水库水沙联合调度方案，使黄河调水调沙得 以顺利实施。事实表明，黄河调水调沙过程除对天然异重流进行了合理调度外，并人工塑造 出异蓖流且实现了排沙出库，达到了减少水库淤积、优化出库水沙组合等多项预期目标。 关键词：小浪底水库异重流调水调沙 1引言 小浪底水库拦沙期特别是拦沙初期，水库处于蓄水状态，且保持较大的蓄水 体。当汛期黄河中游降雨产沙或者是汛前三门峡水库泄水排沙，大量泥沙涌入 小浪底水库后，惟有形成异重流或浑水水库方能排泄出库。显而易见，若水库调 度合理，可充分利用异重流能挟带大量泥沙而不与清水相混合的规律，可在保持 一定水头的条件下，达到减少水库淤积，延长水库运用期的目的。 水库合理调度，是实现异重流高效排沙的前提，而水库合理调度又必须建立 在对自然现象和自然规律的认知之上。例如，根据异重流产生及持续运行的临 界水沙条件，可根据水沙条件判断异重流是否会发生或能否运行至坝前，甚至可 通过多座水库的联合调度，塑造出满足异重流排沙的水沙过程；分析计算异重流 输移时间，可把握泄水闸门的开启时机，充分提高异重流排沙效果，在水资源短 缺的情况下尤为重要；通过异重流输沙计算，掌握异重流出库含沙量，利用水库 调度，优化下泄流量与含沙量的组合，或实现不同区域的水沙对接等。 2异重流运行规律 基础理论与基本规律的研究不仅是对自然现象和自然演变规律的认知过 *本文得到国家自然科学基金委员会、水利部黄河水利委员会黄河联合研究基金项目的资助(项目批 准号。 程，而且是掌握进而利用这些自然规律的基础。通过对小浪底水库异重流实测 资料整理、二次加工及分析，水槽试验及实体模型相关试验成果，并结合对前人 提出的计算公式的验证等，提出了可定量描述小浪底水库天然来水来沙条件及 现状边界条件下，异重流持续运行条件、不同水沙组合条件下异重流运行速度及 排沙效果的表达式，在调水调沙试验中发挥应有的作用。 2．1综合阻力 异重流平均阻力系数值A。采用范家骅的阻力公式： 址8卺警k訾(·一最)】 ㈩ 式中 ．卜河底比降； d也／ds——异重流厚度沿程变化； h扑K——异重流厚度及流速； ‰——重力修正系数。 用式(1)计算小浪底水库不同测次异重流沿程综合阻力系数．：I。，平均值约 为0．022．0．029。 2．2异重流挟沙力 运用能耗原理，即可建立异重流挟沙力公式，该式可反映异重流多来多排的 输沙规律，并利用三门峡、小浪底水库实测及模型试验资料进行了检验，即 f ， r ．s萨2．sl盖In㈥I ㈤ LⅣ‰-g厅枞 J 上式单位采用kg、m、s制，其中沉速可由下式计算： c·乩巧)】 ㈤ 魄～【(1-2．25一v／--d∞)置5 式中彤——浑水卡门常数o ‰——浑水容重； ∞。——泥沙在浑水中的群体沉速； ∞厂泥沙在清水中的沉速； D50——床沙中径； d50——悬沙中径； ＆——以体积分数表示的异重流含沙量5 其他符号含义同前。