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水 利 学 报 年 月 第 卷 第 期 文章编号 利用水库泄空冲刷形成高含沙水流的机理 齐璞 姬美秀 孙赞盈 黄河水利科学研究院 河南郑州 浙江大学建筑工程学院 浙江杭州 摘要 利用黄河干支流水库运用的实测资料 对高含沙水流的产生条件进行了研究 结果表明 水库水位的迅速下 降并泄空 可使水库的淤泥流动并产生高含沙水流 水库淤土抗剪强度参数 和 依排水条件而异 抗剪强度 一般不排水不固结的最小 水库淤积物在水下处于饱和状态 库水位迅速降低时 淤土中的孔隙水来不及排出 摩 擦角值低 只要下滑的剪力大于黏着力淤泥便开始流动 当库区淤积物抗冲性较强时 溯源冲刷纵剖面调整 又具有自动调整的特性 使冲刷以 局部跌坎 的形式向上游发展 使水流能量集中 加强冲刷能力 随着主槽冲深 滩槽差增大 促使淤土向主槽内滑塌 为高含沙水流形成创造了有利条件 关键词 水库淤积物 饱和状态 抗剪强度 泄空冲刷 高含沙水流 中图分类号 文献标识码 近年来对明渠高含沙水流的输移特性的研究表明 在天然河道中 由于其阻力特性与清水水流 相同 可用曼宁公式进行水力计算 高含沙水流黏性的增大 粗颗粒沉速的降低 使得泥沙输送变得更 容易 因而利用高含沙水流输送黄河泥沙是一种经济合理的技术途径 而高含沙水流的形成是利用明 渠输沙的关键 以往的研究表明 水库合理调节是形成高含沙水流的有效途径 其形成的含沙量 高低与水库淤积物状况有关 水库运用方式与高含沙水流产生的关系 要想把黄河泥沙调节到洪水期输送 则必须先把小水挟带的泥沙淤在库内 然后利用洪水期泄空强 烈的冲刷 才有可能达到利用洪水输沙的目的 因此水库的运用方式与能否产生大流量的高含沙水流 关系密切 以下根据黄河干支流水库运用实例说明高含沙水流产生条件 水库泄空冲刷 根据恒山水库的运用经验 蓄水拦沙运用水库突然泄空 库水位降低到淤积高程 以下时 库区处于饱和状态的淤积物会产生强烈地滑塌 流动 初期出库的含沙量一般较高 可达 甚至更高 详见表 表 恒山 王瑶 水库泄空后库区的淤泥运动状态基本相同 初期坝前处于饱和状态的淤积物 含水量 高 泄空后孔隙水无法迅速排出 淤土的力学强度低 在重力和渗流水压力的共同作用下 便产生流泥 这种坍塌是相当强烈的 表 给出的数据表明 平均出库含沙量常在 最大含沙量达 到 水库排出每吨泥沙的用水量只有 恒山水库在坝前 内 出库含 沙量为流泥 在中间库段 淤泥的含水量低 呈鱼鳞状滑塌 有大量泥块 漂浮 而下 上段淤泥的含水量 更小 淤积面呈龟裂状 主槽冲深后 两侧大块淤泥倒塌入水 收稿日期 基金项目 国家自然科学基金重大项目 水利部重点项目 作者简介 齐璞 北京人 教授级高级工程师 主要从事河床演变与泥沙输移 高含沙水流输沙 河型转化 水库泥沙多年调 节 河道整治等方面研究 表 恒山水库泄空基本情况统计 最大出库 平均出库 泄空时间 出库历时? 最大泄量? 平均泄量? 出库总水量 出库总沙量 耗水率? 淤积面 含沙量? 含沙量? 年 月 日 ? ? ? ? ? 高程? ? ? 表 恒山水库流泥运动出库基本情况