有壓輸沙管道脈動壓強特性試驗研究

李 巖，張金良，白玉川，萬占偉，羅秋實，胡文勵

（1.天津大學 河流海岸工程泥沙研究所，天津 300072；2.黃河勘測規劃設計有限公司，河南 鄭州 450003）

1 研究背景

黃河是一條多沙河流，自西向東流經九省（自治區），干流全長5464 km，流域面積79.5萬km2，進入下游河道泥沙多年平均為16億t，平均含沙量高達35 kg/m3[1]。為了促進黃河流域生態保護和高質量發展，對黃河的水沙資源進行重配置，確保實現水沙資源的有效利用。管道輸送是實現黃河水沙資源重分配重要工程措施之一，因其造價低廉，易安裝，對環境危害小等優點被廣泛用在黃河流域，如上游水庫泄洪排沙，沿黃河道引水引沙與下游灘區淤沙等。高含沙管道輸送對于恢復水庫庫容，維持河槽穩定，提高灘區土壤肥力，改善灘區生態環境具有重要的作用。

圖1 年均含沙量與高含沙水流輸沙比例關系

張金良[2]通過統計黃河流域30余條重要支流，繪制出年均含沙量與高含沙水流輸沙比例的關系，提出了高（年均含沙量10～100 kg/m3）、超高（年均含沙量100～200 kg/m3）、特高（年均含沙量200 kg/m3以上）含沙量河流分級標準，如圖1所示。高含沙水流因細顆粒含量的增多改變了流體性質，其輸沙特性和紊動特性均發生質的變化，高含沙運動所消耗的能量主要來自于水流紊動動能，而泥沙的存在一定程度上抑制了紊動的發展，紊動強度隨著含沙濃度的增加而逐漸減小[3-4]。壁壓脈動是湍流脈動的一種特殊表現形式，是湍流擬序結構對邊壁作用的反映[5-6]，而泥沙顆粒的運動也反映了湍流動力的特征，白玉川等[7]通過分析明渠沙紋床面湍流結構和特點，對脈動強度、湍流動能等特征量進行了計算，后來白玉川等[8]開展彎道水流紊動特性試驗，研究了彎道水流紊動的脈動強度。……