水庫異重流淤積成因分析及前鋒運動規律

周 磊,安瑞冬,譚升魁,李 嘉

(四川大學水力學與山區河流開發保護國家重點實驗室,四川成都 610065)

天然河道的水流特性會因巨型水庫的修建而改變,致使水庫內水深增加,流速減緩。汛期暴雨沖刷河道兩岸,挾帶大量泥沙形成渾水入庫,在一定的條件下渾水會潛入水庫底部形成異重流。若上游降雨歷時較短,產匯流迅速減少,入庫流量降低,形成的異重流將在入庫洪峰過后失去后續渾水補充,異重流運動逐漸減弱甚至消失,在庫區內產生淤積,這將導致水庫綜合效益降低、水庫壽命縮短。在我國南方河流中,異重流淤積的現象時有發生,如武漢青山運河、筑圍堰斷流后的長江宜昌三江、廣西西津船閘引航道等[1]。隨著金沙江水電梯級開發的推進,在比降較大、河谷深切、汛期入庫含沙量較高的西南山區河流也極易發生異重流并導致水庫淤積,所形成的水庫異重流在失去后續渾水補給后的運動規律對水庫排沙減淤措施有重大影響。因此,研究失去后續渾水補充的異重流運動特性有助于認識并減少水庫淤積。本文基于異重流的挾沙力公式分析了水庫異重流產生淤積的原因。

為了研究異重流,國內外的學者們做了許多水槽試驗。Savage等[2]通過水槽試驗得到潛入點附近Fr2的范圍為0.09～0.64;Simpson[3]對動水條件下的底層鹽水異重流進行研究,指出動水中逆水異重流運動速度的減小值約為環境水體流速的60%;Parker等[4]在底部鋪有和異重流同樣泥沙的水……