摘要：水下高速流體射流沖沙是清淤作業(yè)的必要手段，如何有效提高射流造漿效率對(duì)河（航）道清淤和水庫庫容修復(fù)等工程具有重要價(jià)值。采用射流沖刷底泥起動(dòng)輸移試驗(yàn)與高速射流噴頭流場(chǎng)數(shù)值模擬手段，研究不同水力要素下射流對(duì)底床的沖刷效果，分析射流流速分布及衰減規(guī)律，探明高速射流底泥沖刷機(jī)理。研究結(jié)果表明：射流造漿過程中存在最優(yōu)沖沙距離，使得造漿速率及渾水體濃度增長(zhǎng)速度最快;射流中線剖面上橫斷面射流時(shí)均速度分布、最大速度衰減規(guī)律具有相似性，不同射流流速下射流初步發(fā)展區(qū)的射流速度半寬增長(zhǎng)率相同;射流沖刷效率與射流發(fā)展中的阻力損失和到達(dá)床面時(shí)的能量損失直接相關(guān)，確定合理的射流噴頭布置高度有利于提高造漿效率。研究成果對(duì)射流造漿能力與速率的提升乃至清淤設(shè)備的升級(jí)改造提供了有力支撐。

關(guān)鍵詞：射流沖刷;水庫清淤;造漿效率;含沙量;射流速度半寬

中圖分類號(hào)：TV142

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-6791（2023）06-0960-11

收稿日期：2023-07-04;網(wǎng)絡(luò)出版日期：2023-10-18

網(wǎng)絡(luò)出版地址：https：∥link.cnki.net/urlid/32.1309.P.20231018.1149.002

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（52209090）;河南省重大公益專項(xiàng)項(xiàng)目（201300311600）

作者簡(jiǎn)介：張文皎（1989—），女，河南臨潁人，博士研究生，主要從事工程泥沙方面研究。E-mail：wjzhang2006@163.com

通信作者：趙連軍，E-mail：zhaolianjun88@163.com

中國是世界上水庫數(shù)量最多的國家，在已建水庫工程中，泥沙淤積是近年來非常突出的問題，尤其對(duì)于多沙河流上的水庫工程，泥沙淤積情勢(shì)更為嚴(yán)峻［1-3］。根據(jù)近期的水庫淤積資料調(diào)查分析成果（2016—2018年）［4］，中國水庫平均淤損率為11.27%，各流域水庫淤損率差別較大，其中，黃河流域水庫淤損率為36.76%，長(zhǎng)江流域水庫淤損率為4.25%;中國水庫年均淤損率為0.41%～0.49%，其中，黃河流域水庫年均淤損率最高，為1.39%。大量的泥沙淤積直接造成水庫功能性、安全性和綜合效益等降低，嚴(yán)重時(shí)甚至造成水庫報(bào)廢、潰壩失事等事件的發(fā)生［5］。另外，隨著大量水庫群的興建，水庫壩址目前已成為非常稀缺的資源。水庫庫區(qū)的高效清淤是緩解庫容萎縮的有效手段，是保障水庫長(zhǎng)期運(yùn)行的必由之路。

在水庫清淤作業(yè)時(shí)，水下高速射流技術(shù)可作為一種行之有效的人工造漿措施。其工作原理為利用水泵抽吸水體噴出高速水流，將庫底泥沙沖起懸浮以迅速形成高含沙濃度水體，近年來該技術(shù)逐漸在水庫清淤作業(yè)中得到推廣應(yīng)用［6-10］。由于水庫清淤一般屬于防洪抗旱的公益事業(yè)，且需要清淤的水庫眾多，工程量非常巨大，如何有效提高射流造漿效率對(duì)清淤工程和水庫庫容修復(fù)有著至關(guān)重要的意義。在高速射流沖刷效率方面，國內(nèi)外學(xué)者已開展了一些研究工作。例如，Mih等［11］通過室內(nèi)試驗(yàn)和理論分析研究了淹沒射流對(duì)床沙的沖刷作用，得出噴嘴直徑對(duì)射流沖刷效率有直接影響;Maushake等［12］分析了高速射流作用下不同粒徑河床泥沙的沖刷效果;Spencer等［13］針對(duì)英國東南部Limehouse水域，研究了射流對(duì)河底泥沙的擾動(dòng)效果。在射流水動(dòng)力條件對(duì)沖刷效率影響方面，學(xué)者們研究發(fā)現(xiàn)射流動(dòng)量是影響沖沙效果的主要控制參數(shù)。例如，Kobus等［14］通過試驗(yàn)得出射流出口動(dòng)量通量對(duì)沖起的泥沙總量存在重要影響作用，并指出床沙中的滲流將消耗射流的大部分能量;Westrich等［15］開展了淹沒射流直立沖刷試驗(yàn)，研究了射流流場(chǎng)特性以及射流對(duì)底床的沖刷效果，試驗(yàn)結(jié)果表明射流出口動(dòng)量通量和射流噴嘴距床面距離直接影響沖刷效率;陳稚聰?shù)龋?6］通過試驗(yàn)研究提出射流沖沙效果和射流動(dòng)能相關(guān)，認(rèn)為射流動(dòng)能將部分轉(zhuǎn)化為懸浮泥沙所需的紊動(dòng)動(dòng)能。在射流沖刷效率隨時(shí)間變化規(guī)律方面，張貢赫等［17］通過室內(nèi)射流沖刷試驗(yàn)，得出沖坑深度隨沖刷時(shí)間分為迅速增大、緩慢增大和保持穩(wěn)定3個(gè)階段;李文學(xué)等［18］利用水槽試驗(yàn)探討了射流噴嘴高度、射流角度等對(duì)沖刷效果的影響，得出沖刷坑尺寸的增長(zhǎng)與沖刷歷時(shí)呈對(duì)數(shù)關(guān)系，在固定高度射流沖刷效率隨時(shí)間呈迅速減小的趨勢(shì);申振等［19］利用高速攝像技術(shù)捕捉了動(dòng)態(tài)沖坑在短時(shí)間內(nèi)的發(fā)展變化，得出沖坑深度在前10 s內(nèi)基本呈對(duì)數(shù)規(guī)律發(fā)展，沖坑深度隨時(shí)間有先增加后減小的趨勢(shì)。綜上分析，國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)射流動(dòng)力作用下沖刷坑發(fā)展效率做了系統(tǒng)性研究，但在射流沖刷產(chǎn)生的渾水體濃度空間分布、射流底泥沖刷等方面仍需要開展深入研究，以期指導(dǎo)高效射流造漿的清淤設(shè)備布設(shè)位置、作業(yè)方式等優(yōu)化和升級(jí)。

本文通過開展射流沖刷底泥起動(dòng)輸移試驗(yàn)，研究射流水動(dòng)力作用下造漿速率、沖刷坑形態(tài)、底泥懸浮濃度等隨高速射流流速、距庫底距離等水力要素的變化規(guī)律;通過開展高速射流噴頭沖刷流場(chǎng)數(shù)值模擬，分析射流中線剖面上流場(chǎng)和流速的分布規(guī)律及其相似性、射流中心最大流速衰減規(guī)律、射流速度半寬的變化規(guī)律等特性;結(jié)合試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究結(jié)果，綜合探討高速射流底泥沖刷機(jī)理及應(yīng)用方向。

1 研究手段與方法

本文利用試驗(yàn)研究射流沖刷水動(dòng)力作用下底泥起動(dòng)輸移規(guī)律，結(jié)合高速射流流場(chǎng)數(shù)模模擬結(jié)果，剖析影響造漿速率的因素，從高速射流底泥沖刷機(jī)理層面對(duì)水庫清淤提出指導(dǎo)與建議。

1.1 射流沖刷底泥起動(dòng)輸移試驗(yàn)

1.1.1 試驗(yàn)裝置

利用鋼板制作高度為2.0 m、直徑為1.5 m的射流沖刷試驗(yàn)圓筒，如圖1所示。筒內(nèi)鋪設(shè)一定厚度的天然沙，泥沙中值粒徑為0.05 mm，上部灌入清水，圓筒中心位置豎直放入單個(gè)口徑為1.6 cm的圓嘴噴頭，噴頭可上下移動(dòng)。圓筒頂部側(cè)面設(shè)有溢流管，隨噴頭射入圓筒內(nèi)水量增加，圓筒上方清水可溢出圓筒，從而維持圓筒內(nèi)水位。在圓筒一側(cè)用有機(jī)玻璃制作可視觀察窗，保證試驗(yàn)過程中可以觀察射流沖刷發(fā)展的基本過程，并在距泥面5、15、30、45、60 cm的圓筒側(cè)面安裝含沙量取樣管，實(shí)時(shí)量測(cè)筒內(nèi)不同位置的渾水體濃度。

1.1.2 試驗(yàn)流程及工況

試驗(yàn)過程中，在射流進(jìn)水管道安裝進(jìn)水閘門、管道泵及流量計(jì)，控制射流噴頭出流速度。

每組試驗(yàn)開始

前，關(guān)閉進(jìn)水閘門，將圓筒內(nèi)鋪設(shè)一定厚度的天然沙，以不沖起泥沙為前提緩慢注滿清水，在圓筒外預(yù)先調(diào)控管道泵獲得試驗(yàn)所需射流流量，并將射流噴頭固定在筒內(nèi)距泥面一定高度的位置。進(jìn)水閘門開啟后，射流沖刷過程中量測(cè)不同渾水高度的含沙量，計(jì)算分析射流沖刷效率。試驗(yàn)結(jié)束后，將圓筒內(nèi)清水慢慢抽出筒外，測(cè)量沖刷坑尺寸。試驗(yàn)采用的工況參數(shù)如表1所示。

1.2 高速射流噴頭流場(chǎng)數(shù)值模擬

1.2.1 紊流模型比選

隨著計(jì)算技術(shù)和數(shù)值方法的發(fā)展，目前紊流數(shù)值模型廣泛用于實(shí)際工程中紊流流場(chǎng)特性的求解分析，并取得了很好的效果［20-23］。為了選擇適合本研究的紊流模型，本文分別對(duì)經(jīng)常在工程中應(yīng)用的RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型開展數(shù)值計(jì)算，并將結(jié)果與黃海津［24］的物理模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。驗(yàn)證工況的射流噴頭尺寸為14 mm×16 mm（寬×高），射流出口速度為1 m/s，噴頭距底面距離為0.4 m。其中，射流方向?yàn)閥坐標(biāo)軸正向，與射流垂直的水平方向?yàn)閤坐標(biāo)軸，原點(diǎn)為射流噴頭中心。

通過計(jì)算得出射流中線剖面速度分布對(duì)比結(jié)果，圖2（a）和圖2（b）分別為射流中線剖面最大速度沿程變化規(guī)律對(duì)比和典型橫斷面中心時(shí)均流速分布對(duì)比（um為射流中線最大速度，A為射流噴頭面積，利用u0和A0.5分別對(duì)um、y和x進(jìn)行量綱一化處理）。從圖2中可以看出，RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型的射流中線剖面最大速度沿程衰減規(guī)律與物理模型試驗(yàn)的衰減趨勢(shì)大致相同，其中RNG k-ε模型與試驗(yàn)結(jié)果更為吻合。RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型的典型橫斷面中心時(shí)均流速分布曲線與試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

圖3為距噴頭不同距離的中心平面射流速度半寬變化曲線（b0.5為射流速度半寬）。從圖3中可得，RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型的中心平面射流速度半寬隨著距噴頭距離的增大均呈逐漸增大的趨勢(shì)，其中RNG k-ε模型計(jì)算結(jié)果和物理模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)更為接近，準(zhǔn)確度更高。

綜合比較結(jié)果可知，RNG k-ε模型與Realizable k-ε模型相比能更好地模擬紊動(dòng)射流情況，因此，本文將選用RNG k-ε模型進(jìn)行各個(gè)工況的數(shù)值計(jì)算。

1.2.2 數(shù)值模擬模型設(shè)置及工況

采用RNG k-ε模型對(duì)不同初始速度的單孔紊動(dòng)射流進(jìn)行三維水流動(dòng)態(tài)仿真模擬，采用控制容積有限元（CVFEM）法進(jìn)行控制方程離散，選擇壓力隱式算子分離（PISO）法進(jìn)行壓力場(chǎng)和速度場(chǎng)的耦合計(jì)算，選用PRESTO?。≒ressure Staggering Option）計(jì)算壓力方程。數(shù)值模型范圍為高0.8 m、直徑1.0 m的圓柱體，噴頭口徑為1.6 cm，與試驗(yàn)中噴頭尺寸保持一致。模型網(wǎng)格劃分采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，對(duì)射流主流附近區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格加密處理，網(wǎng)格尺寸為0.001～0.02 m，計(jì)算網(wǎng)格單元總數(shù)約為80萬。數(shù)值模擬工況詳見表2。

2 研究結(jié)果

2.1 射流沖刷坑形態(tài)變化

試驗(yàn)中設(shè)置射流流速為20 m/s，開啟射流噴頭沖刷底泥10 s，監(jiān)測(cè)得到相同射流水動(dòng)力條件、沖刷作用時(shí)間下沖刷坑形態(tài)隨噴頭口距泥面高度的變化過程及規(guī)律。圖4為沖刷坑縱剖面形態(tài)對(duì)比圖，隨著噴頭口距泥面高度的增大，沖刷坑平面范圍逐漸減小，沖刷坑深度先增大后減小，沖刷坑深度在噴頭離地5～10 cm時(shí)最大。

2.2 射流渾水體濃度及造漿速率變化

試驗(yàn)中設(shè)置u0為5、10 m/s，開啟射流噴頭持續(xù)沖刷底泥20 min，監(jiān)測(cè)分析試驗(yàn)裝置內(nèi)不同測(cè)點(diǎn)含沙量隨時(shí)間變化過程，如圖5所示，得出不同沖刷條件下，同一測(cè)點(diǎn)位置射流沖刷形成的渾水含沙量隨時(shí)間逐漸增大，開始增長(zhǎng)迅速后期逐漸緩慢，呈指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì);相同沖刷條件下，不同高度測(cè)點(diǎn)位置的含沙量在足夠長(zhǎng)時(shí)間的沖刷作用下趨于相同。

圖6為不同射流流速下試驗(yàn)裝置內(nèi)平均含沙量隨時(shí)間變化過程，分析表明，由于射流噴頭距泥面高度不同，試驗(yàn)裝置內(nèi)渾水體濃度值域不同;相同沖刷時(shí)間內(nèi)，隨噴頭距泥面高度的降低，裝置內(nèi)渾水體濃度逐漸增大。根據(jù)裝置內(nèi)各測(cè)點(diǎn)含沙量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算單位射流沖刷時(shí)間底泥起懸量隨時(shí)間變化曲線，如圖7所示，得出噴頭距泥面高度一定時(shí)，增大噴頭射流流速，單位時(shí)間底泥起懸量隨之增大，裝置內(nèi)含沙量明顯增大。結(jié)合圖6和圖7的分析結(jié)果，相同射流水動(dòng)力條件下，當(dāng)噴頭距床面10 cm時(shí)，渾水體濃度增長(zhǎng)最快，單位時(shí)間底泥起懸量即造漿速率最大，是最優(yōu)的射流噴頭沖沙距離。

2.3 高速射流流場(chǎng)特性分布規(guī)律

2.3.1 高速射流流場(chǎng)及流速分布規(guī)律

通過數(shù)值模擬計(jì)算分析，得出不同射流出口流速下射流流場(chǎng)分布規(guī)律，圖8為典型工況下射流中線剖面流場(chǎng)矢量分布。從圖8中可以看出，不同射流初始速度下的射流發(fā)展過程相同，即射流自噴頭射出之后，從保持射流初始速度逐漸發(fā)展到充分摻混狀態(tài)，且射流流場(chǎng)流速呈高帽形分布。在射流自由發(fā)展過程中，可分為射流勢(shì)流核心區(qū)、射流充分發(fā)展區(qū)。

圖9為典型工況下射流中線剖面上距噴頭出口不同距離的橫斷面流速分布。從圖9中可以得出，在距射流噴頭一定距離的某一斷面上，射流中心（x=0）速度最大，從射流中心沿x軸正反方向，射流速度最大值逐漸衰減為0;隨著縱向坐標(biāo)y的增大（射流方向?yàn)閥坐標(biāo)軸正向），射流中心最大流速不斷減小，橫向時(shí)均速度分布也趨于平坦。

利用um和b0.5分別對(duì)圖9中的u和x進(jìn)行量綱一化處理，得到量綱一橫斷面流速分布圖，如圖10所示。量綱一化處理后，不同橫斷面上的速度尺度可以歸一到同一條曲線上，說明三維射流中心平面上射流時(shí)均速度分布具有相似性。

2.3.2 高速射流中心最大流速衰減規(guī)律

根據(jù)數(shù)模計(jì)算結(jié)果，分析得出高速射流中心最大流速衰減規(guī)律，利用u0和射流出口水力半徑（R）對(duì)um和y進(jìn)行量綱一化處理，見圖11。從圖11中可以看出，射流自孔口射出后最大流速衰減經(jīng)歷了4個(gè)階段，分別為保持射流出口速度的第1階段、速度快速衰減的第2階段、速度衰減變慢的第3階段以及速度衰減再次加劇的第4階段;量綱一化處理后，不同初始射流流速下射流中線剖面最大速度衰減規(guī)律可以同一條曲線表示。

2.3.3 高速射流中線剖面速度半寬變化規(guī)律

圖12給出了不同初始速度工況下高速射流中線剖面速度半寬沿射流方向的變化規(guī)律，分析可得，射流速度半寬值沿射流方向逐漸增大;射流速度半寬沿射流方向的發(fā)展過程可分為4個(gè)階段，開始射流速度半寬增長(zhǎng)緩慢，隨后呈線性快速增長(zhǎng)，之后增長(zhǎng)速度變緩，最后在距射流出口一定距離后增長(zhǎng)速度大幅提升;在射流初步發(fā)展的前半段（y=0～0.35 m），射流速度半寬增長(zhǎng)率與射流出口流速大小無關(guān);在射流充分發(fā)展的后半段，當(dāng)射流出口流速為10～25 m/s時(shí)，射流速度半寬增長(zhǎng)率隨射流出口流速的增大逐漸減小，當(dāng)射流出口流速為30 m/s時(shí)，射流速度半寬增長(zhǎng)率出現(xiàn)突增現(xiàn)象，分析該現(xiàn)象的發(fā)生原因是由于隨著射流初始速度的增大，射流發(fā)展成為全斷面紊流，射流股迅速分散，所以射流速度半寬擴(kuò)展率突增。

3 討論與分析

3.1 高速射流底泥沖刷機(jī)理分析

高速射流噴頭的沖刷效率及效果是由挾帶輸運(yùn)的泥沙量來衡量的。實(shí)際清淤作業(yè)中，可通過天然的湍急水流挾帶泥沙，帶角度射流的水平速度可增強(qiáng)挾帶能力，也可通過吸泥頭抽吸作用形成局部高速水流進(jìn)行挾帶。無論采用何種方式，挾帶泥沙的前提是泥沙懸浮，而射流引起的強(qiáng)烈剪切和回流作用是泥沙懸浮的主要成因。

射流自噴口射出之后，在水域中流動(dòng)，與水體不斷摻混，最后才抵達(dá)水沙交界面的，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，射流在水域中流動(dòng)時(shí)因受到阻力而導(dǎo)致速度逐漸減小，這與2.3節(jié)的高速射流流場(chǎng)及流速分布規(guī)律、射流中心流速衰減規(guī)律相符。因此，噴頭距泥面越遠(yuǎn)，射流水體受到的阻力就越大，不利于提高射流沖刷效率，與2.1和2.2節(jié)試驗(yàn)結(jié)果相符。

根據(jù)射流流場(chǎng)、速度半寬數(shù)值計(jì)算結(jié)果，射流從離開噴頭運(yùn)動(dòng)至床面的過程中，沿x方向會(huì)發(fā)生擴(kuò)散，射流速度半寬沿射流方向逐漸增大。因此，當(dāng)噴頭從緊貼泥面開始逐步增加離地高度時(shí)，射流沿x方向的擴(kuò)展越大，射流水體與床面的夾角也就越大，射流到達(dá)床面時(shí)，流速沿正向的沖擊損失較小，流線更易于彎曲，主體流動(dòng)方向改變，更易于挾帶泥沙沿著床面流出沖坑，導(dǎo)致沖刷坑深度和沖刷坑寬度的增加。然而，增大噴頭距泥面的高度，射流到達(dá)床面的流速會(huì)減小，挾沙能力也隨之減弱，同時(shí)也不利于沖刷底泥。

由此可知，在噴頭距泥面較近時(shí)，射流流速衰減較少，到達(dá)床面的射流速度較大，但是，此時(shí)射流沿x方向發(fā)展不充分，正向沖擊損失較大，難以將泥沙顆粒帶出沖刷坑;在噴頭距泥面較遠(yuǎn)時(shí)，則是相反的情況。從而說明，必然存在一個(gè)臨界的射流噴頭布置高度，在此臨界距離下，射流沖刷效果最好。這與射流沖刷底泥起動(dòng)輸移試驗(yàn)的成果相符合。

3.2 應(yīng)用與展望

本文的研究成果為射流造漿能力與速率的提升提供了參考依據(jù)與手段，對(duì)指導(dǎo)射流造漿清淤設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)、清淤設(shè)備作業(yè)方式有著重要意義。

由于本文包括之前的研究成果多是針對(duì)靜水或流速較小的水動(dòng)力條件開展的，射流沖起的泥沙不能迅速被水流帶走。沖坑上面的渾水體對(duì)沖刷坑發(fā)展具有一定的抑制作用，致使射流造漿與沖刷坑發(fā)展形成一個(gè)“負(fù)反饋”過程。而實(shí)際工程中利用挖泥船、氣力泵等常見的管道排沙類裝置進(jìn)行清淤作業(yè)時(shí)，吸泥頭吸泥流向與底泥起懸方向基本一致，懸起的泥沙會(huì)迅速進(jìn)入排沙管道，因此，沖刷坑上面渾水體對(duì)射流沖刷效率的抑制作用會(huì)減小，改變了原有的泥沙輸移物理圖形。后期還需對(duì)管道吸排與高速射流造漿耦合水動(dòng)力下的沖坑發(fā)展規(guī)律、沖沙及排沙效率等問題進(jìn)行深入討論。

4 結(jié)" 論

本文結(jié)合射流沖刷底泥起動(dòng)輸移試驗(yàn)與高速射流噴頭流場(chǎng)數(shù)值模擬，研究了射流流場(chǎng)特性以及射流對(duì)底床的沖刷效果，揭示了高速射流底泥沖刷機(jī)理，主要結(jié)論如下：

（1） 隨著噴頭口距泥面高度的減小，沖刷坑范圍逐漸增大;沖刷坑深度并非單調(diào)增大，而是先增大后減小，存在最優(yōu)射流沖沙距離。

（2） 射流造漿過程中不同位置的含沙量呈指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì);降低射流噴頭距泥面的高度、增大射流水動(dòng)力，單位時(shí)間底泥起懸量呈增大趨勢(shì);存在最優(yōu)沖沙距離，裝置內(nèi)平均含沙量濃度最大，造漿速率及渾水體濃度增長(zhǎng)速度最快。

（3） 相同射流出口流速，射流中線剖面上的不同橫斷面射流時(shí)均速度分布具有相似性;不同射流出口流速，射流中線剖面最大速度衰減規(guī)律具有相似性;射流速度半寬值沿射流方向逐漸增大，在射流初步發(fā)展區(qū)，不同射流流速下的射流速度半寬增長(zhǎng)率相同。

（4） 射流發(fā)展中的阻力損失和到達(dá)床面時(shí)的能量損失直接影響射流沖刷效率，實(shí)際清淤作業(yè)中需要確定合理的射流噴頭布置高度，以獲取最好的射流沖刷效果。

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Law and mechanism of sediment starting and transportation

during jet scouring process

The study is financially supported by the National Natural Science Foundation of China （No.52209090） and the Science and Technology Major Project of Henan Province，China （No.201300311600）.

ZHANG Wenjiao1，2，ZHAO Lianjun1，2，WANG Zhongmei1，2，ZHAO Xing1，2，LYU Mingcong1，2

（1. Yellow River Institute of Hydraulic Research，Yellow River Conservancy Commission，Zhengzhou 450003，China;

2. Key Laboratory of Lower Yellow River Channel and Estuary Regulation，Ministry of Water Resources，Zhengzhou 450003，China）

Abstract：The need to employ a high-speed fluid jet scouring technique is a key to performing the dredging operations underwater.It is of crucial value to effectively improve the efficiency of jet mud-making for river （waterway） dredging and reservoir capacity restoration projects.This article adopts the methods of sediment starting and transportation experiment and flow field numerical simulation using a high-speed jet scouring process to study the influence on the riverbed under several hydraulic factors.The distribution characteristics and attenuation law of jet velocity are thoroughly analyzed，and an effective mechanism of sediment scouring via high-speed jet has been developed.The results indicate that there is an optimal flushing distance during the jet mud-making process that enhances its highest growth rate as well as water turbidity.It has been observed that the time-average velocity distribution and the attenuation of the maximum velocity at the centerline section of the jet cross-section are similar.The growth rate of the jet half-width in the initial development zone remains the same for studied jet velocities.The efficiency of the jet scouring process is directly related to the resistance loss during the jet development and subsequent energy loss upon reaching the bed surface.Therefore，determining an optimal height for jet nozzle arrangement is critical for enhancing the mud-making efficiency.The presented results could potentially transform the existing dredging equipment with an enhanced jet mud-making capacity as well as its speed.

Key words：jet scouring;reservoir dredging;mud-making efficiency;sediment concentration;jet half-width