王 鑫，馮秀紅

（遼寧省鬧德海水庫管理局遼寧 阜新 123000）

鬧德海水庫異重流排沙特點

王 鑫，馮秀紅

（遼寧省鬧德海水庫管理局遼寧 阜新 123000）

本文主要介紹了水庫異重流排沙條件、影響因素。鬧德海水庫是多泥沙水庫，根據(jù)水庫流域河流的洪水特性，通過對鬧德海水庫具體計算和實施效果的驗證，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年的消險加固以及2007～2008年除險加固工程，水庫已由初期單純的防洪滯沙水庫變?yōu)橐蛔篮闇澈凸┧染C合利用的水庫，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

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

異重流排沙是水庫重要的排沙方式之一，利用水庫異重流，可以在蓄存清水、保持一定水頭的條件下排泄入庫渾水，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，又能減小水庫淤積，延長水庫使用時間，增加長期效益。水庫異重流形成的最重要條件是入庫水流與蓄水體之間的密度差，即入庫水流必須攜帶一定的含沙量，特別是要攜帶一定數(shù)量的細泥沙；同時還必須滿足一定的水力條件，即要求潛入點水流弗氏數(shù)Fr小于 1，根據(jù)水槽試驗和野外實測資料成果，應(yīng)滿足下式：

式中 V、h0為潛入點流速和水深，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)運行的因素就是庫區(qū)的邊界條件，置入庫底比降的大小、阻力的大小、運行距離的長短等。比降陡有利于異重流的繼續(xù)運行，所以壩前淤積面的抬高，使庫區(qū)的比降變緩，是不利于異重流運行的。沿途阻力的大小影響異重流的運行也很顯著。例如三門峽水庫，因原始庫底高低不平，加上塌岸在河底形成淺運行，加大了阻力。前期發(fā)生的異重流沿程淤積很多，到達壩前的異重流甚為微弱。隨著淤積的發(fā)展，庫底漸趨平順，阻力降低，異重流的排沙比也大為增大。

3 異重流的形成

鬧德海水庫汛期入庫洪水流量較大，含沙量高，有利于異重流的形成。自 1970年水庫改建完畢至1994年，水庫運用方式為蓄清排渾運用，汛期大部分時段為敞泄運用，產(chǎn)生異重流的機會較少，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都未進行排沙運用，導(dǎo)致泥沙基本都淤積在庫內(nèi)。1995～2000年汛期運用改變?yōu)?月、9月蓄水，7月、8月泄空排沙，2001年以來汛期來水偏枯，水庫基本均為蓄水運用，因此 1995年以后產(chǎn)生異重流的機會增多，水庫也基本都進行了排沙運用。統(tǒng)計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，包括水庫邊界條件（如水庫長短、庫區(qū)地形、庫底坡降）、水沙條件（如流量、含沙量大小和持續(xù)時間）、以及閘門調(diào)度情況等。水庫的長度和庫區(qū)地形影響異重流沿程損失量，在相同水沙條件下，異重流潛入點距壩里程即異重流運行距離主要受水庫長度影響，異重流運行距離對排沙比的影響是明顯的，運行距離短，則排沙比較大。表1統(tǒng)計了國內(nèi)幾座多沙河流水庫回水長度和庫底比降，其中鬧德海水庫汛期平均水位約 174m，回水長度為 7.3km左右（表 1），較其它水庫明顯偏小，對異重流排沙極為有利。另外，庫底比降越大意味著異重流運行速度越大，異重流越容易排出庫。

表1 幾座水庫異重流排沙期間水庫平均回水長度和坡降

圖1 是國內(nèi)外幾座水庫異重流排沙比與庫底坡降的關(guān)系，可以看出排沙比與庫底坡降具有較好的相關(guān)性，坡降越大，排沙比越大，說明庫底坡降對排沙比影響顯著。鬧德海水庫庫底坡降達27.8，顯然對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，鬧德海水庫排沙比數(shù)據(jù)略低于趨勢線，甚至并不明顯高于具有較長庫長和較緩比降的小浪底水庫。分析其原因，異重流排沙期間可能存在漏測現(xiàn)象，同時由于缺乏異重流觀測，難以準確掌控閘門開啟時機，導(dǎo)致通過資料計算的鬧德海水庫排沙比可能低于實際值。

圖1 水庫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壩前排出庫外，能量越大，排沙量也越大。異重流流量和含沙量大小、持續(xù)時間以及庫底比降決定異重流能量的大小。鬧德海水庫排沙比與水流能量具有明顯的趨勢關(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月兩場異重流流量很大，但排沙比較低，其原因可能也與水庫調(diào)度和水庫排沙過程發(fā)生漏測有關(guān)。

5 結(jié)語

從鬧德海水庫河床條件和入庫水沙條件來看，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 40%左右。在流量小、含沙量大時加強異重流觀測，及時進行異重流排沙是減輕水庫淤積、增加效益的有效途徑。

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TV697.1

B

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。