王 鑫，馮秀紅

（遼寧省鬧德海水庫(kù)管理局遼寧 阜新 123000）

鬧德海水庫(kù)異重流排沙特點(diǎn)

王 鑫，馮秀紅

（遼寧省鬧德海水庫(kù)管理局遼寧 阜新 123000）

本文主要介紹了水庫(kù)異重流排沙條件、影響因素。鬧德海水庫(kù)是多泥沙水庫(kù)，根據(jù)水庫(kù)流域河流的洪水特性，通過對(duì)鬧德海水庫(kù)具體計(jì)算和實(shí)施效果的驗(yàn)證，說明采用汛期異重流排沙效果好，方法可行。

異重流；排沙；因素

1 工程概況

鬧德海水庫(kù)位于遼寧省阜新市彰武縣，始建于1938年，建成于 1942年，其間經(jīng)過1965年加固、1970年改建、1991～1994年的消險(xiǎn)加固以及2007～2008年除險(xiǎn)加固工程，水庫(kù)已由初期單純的防洪滯沙水庫(kù)變?yōu)橐蛔篮闇澈凸┧染C合利用的水庫(kù)，目前是柳河上唯一已建大型控制性工程。

2 異重流排沙條件

挾沙渾水進(jìn)入蓄有清水的水庫(kù)，如具有足夠流速并含有足夠的細(xì)沙濃度，就會(huì)潛入清水下面形成一股渾水流動(dòng)，沿庫(kù)底向壩前行進(jìn)，這就是水庫(kù)泥水異重流。在一定條件下，異重流可以流到壩前。若及時(shí)開啟排沙底孔閘門，異重流渾水即能排出庫(kù)外。此時(shí)如站在壩頂，就能看到庫(kù)面清澈如鏡，而泄水孔卻混流翻滾，這就是水庫(kù)異重流的排查現(xiàn)象。

異重流排沙是水庫(kù)重要的排沙方式之一，利用水庫(kù)異重流，可以在蓄存清水、保持一定水頭的條件下排泄入庫(kù)渾水，在不降低水位的情況下以較少的水量排出大量泥沙。這樣既能蓄水、又能排沙，既能使近期保持較高的興利效益，又能減小水庫(kù)淤積，延長(zhǎng)水庫(kù)使用時(shí)間，增加長(zhǎng)期效益。水庫(kù)異重流形成的最重要條件是入庫(kù)水流與蓄水體之間的密度差，即入庫(kù)水流必須攜帶一定的含沙量，特別是要攜帶一定數(shù)量的細(xì)泥沙；同時(shí)還必須滿足一定的水力條件，即要求潛入點(diǎn)水流弗氏數(shù)Fr小于 1，根據(jù)水槽試驗(yàn)和野外實(shí)測(cè)資料成果，應(yīng)滿足下式：

式中 V、h0為潛入點(diǎn)流速和水深，γ′、Δγ分別為渾水容重和渾水、清水容重差。

除了水沙條件外，影響異重流繼續(xù)運(yùn)行的因素就是庫(kù)區(qū)的邊界條件，置入庫(kù)底比降的大小、阻力的大小、運(yùn)行距離的長(zhǎng)短等。比降陡有利于異重流的繼續(xù)運(yùn)行，所以壩前淤積面的抬高，使庫(kù)區(qū)的比降變緩，是不利于異重流運(yùn)行的。沿途阻力的大小影響異重流的運(yùn)行也很顯著。例如三門峽水庫(kù)，因原始庫(kù)底高低不平，加上塌岸在河底形成淺運(yùn)行，加大了阻力。前期發(fā)生的異重流沿程淤積很多，到達(dá)壩前的異重流甚為微弱。隨著淤積的發(fā)展，庫(kù)底漸趨平順，阻力降低，異重流的排沙比也大為增大。

3 異重流的形成

鬧德海水庫(kù)汛期入庫(kù)洪水流量較大，含沙量高，有利于異重流的形成。自 1970年水庫(kù)改建完畢至1994年，水庫(kù)運(yùn)用方式為蓄清排渾運(yùn)用，汛期大部分時(shí)段為敞泄運(yùn)用，產(chǎn)生異重流的機(jī)會(huì)較少，只產(chǎn)生過四次異重流過程，包括1971年 5月、1975年6、7月以及 1980年6月異重流過程。在這僅有的四次過程中前三次水庫(kù)都未進(jìn)行排沙運(yùn)用，導(dǎo)致泥沙基本都淤積在庫(kù)內(nèi)。1995～2000年汛期運(yùn)用改變?yōu)?月、9月蓄水，7月、8月泄空排沙，2001年以來汛期來水偏枯，水庫(kù)基本均為蓄水運(yùn)用，因此 1995年以后產(chǎn)生異重流的機(jī)會(huì)增多，水庫(kù)也基本都進(jìn)行了排沙運(yùn)用。統(tǒng)計(jì)歷次異重流排沙情況的數(shù)據(jù)，各次異重流排沙比在 5%～64%之間，差異較大。1980～2007年異重流過程總來沙量為 446萬t，出庫(kù)總沙量為125萬 t，總排沙比為28%。

4 異重流排沙的影響因素

影響排沙效果的因素較多，包括水庫(kù)邊界條件（如水庫(kù)長(zhǎng)短、庫(kù)區(qū)地形、庫(kù)底坡降）、水沙條件（如流量、含沙量大小和持續(xù)時(shí)間）、以及閘門調(diào)度情況等。水庫(kù)的長(zhǎng)度和庫(kù)區(qū)地形影響異重流沿程損失量，在相同水沙條件下，異重流潛入點(diǎn)距壩里程即異重流運(yùn)行距離主要受水庫(kù)長(zhǎng)度影響，異重流運(yùn)行距離對(duì)排沙比的影響是明顯的，運(yùn)行距離短，則排沙比較大。表1統(tǒng)計(jì)了國(guó)內(nèi)幾座多沙河流水庫(kù)回水長(zhǎng)度和庫(kù)底比降，其中鬧德海水庫(kù)汛期平均水位約 174m，回水長(zhǎng)度為 7.3km左右（表 1），較其它水庫(kù)明顯偏小，對(duì)異重流排沙極為有利。另外，庫(kù)底比降越大意味著異重流運(yùn)行速度越大，異重流越容易排出庫(kù)。

表1 幾座水庫(kù)異重流排沙期間水庫(kù)平均回水長(zhǎng)度和坡降

圖1 是國(guó)內(nèi)外幾座水庫(kù)異重流排沙比與庫(kù)底坡降的關(guān)系，可以看出排沙比與庫(kù)底坡降具有較好的相關(guān)性，坡降越大，排沙比越大，說明庫(kù)底坡降對(duì)排沙比影響顯著。鬧德海水庫(kù)庫(kù)底坡降達(dá)27.8，顯然對(duì)異重流排沙非常有利。因此，從河道邊界條件來看，鬧德海水庫(kù)具有十分有利的異重流排沙條件。但是從圖 1資料看，鬧德海水庫(kù)排沙比數(shù)據(jù)略低于趨勢(shì)線，甚至并不明顯高于具有較長(zhǎng)庫(kù)長(zhǎng)和較緩比降的小浪底水庫(kù)。分析其原因，異重流排沙期間可能存在漏測(cè)現(xiàn)象，同時(shí)由于缺乏異重流觀測(cè)，難以準(zhǔn)確掌控閘門開啟時(shí)機(jī)，導(dǎo)致通過資料計(jì)算的鬧德海水庫(kù)排沙比可能低于實(shí)際值。

圖1 水庫(kù)異重流排沙比與底坡的關(guān)系

水沙條件是影響異重流形成和排沙的最重要條件之一。異重流形成后必需具有足夠的能量克服沿程阻力到達(dá)壩前排出庫(kù)外，能量越大，排沙量也越大。異重流流量和含沙量大小、持續(xù)時(shí)間以及庫(kù)底比降決定異重流能量的大小。鬧德海水庫(kù)排沙比與水流能量具有明顯的趨勢(shì)關(guān)系，渾水水流能量越大，排沙比越大。另外 2002年 8月和2005年8月兩場(chǎng)異重流流量很大，但排沙比較低，其原因可能也與水庫(kù)調(diào)度和水庫(kù)排沙過程發(fā)生漏測(cè)有關(guān)。

5 結(jié)語(yǔ)

從鬧德海水庫(kù)河床條件和入庫(kù)水沙條件來看，河床比降大，洪水含沙量高，極易形成異重流，異重流排沙比可達(dá) 40%左右。在流量小、含沙量大時(shí)加強(qiáng)異重流觀測(cè)，及時(shí)進(jìn)行異重流排沙是減輕水庫(kù)淤積、增加效益的有效途徑。

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TV697.1

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1672-2469（2015）08-0109-02

DO I：10.3969/j.issn.1672-2469.2015.08.037

王鑫（1983年—），女，工程師。