黃河水流特點(diǎn).docx

黃河水流特點(diǎn)及對水利工程影響 一：引言我國黃河流域及其中游地區(qū)的支流，其含沙量之高，在世界上都為罕見，在涇河的各條流域中，年平均含沙量達(dá)213kg/m3，年最大含沙量達(dá)1070kg/m3，黃河是我國乃至世界的高含沙水流之一，如控制不好，泥沙進(jìn)入水庫后造成泥沙淤積而引起一系列危害。二：黃河水流運(yùn)動特點(diǎn)1：流速分布 （1）層流：二元明渠實測表明, 當(dāng)含沙量較高時, 典型的泥流層流流速分布如圖(u0 為最大流速)。 （2）研究后認(rèn)為, 在高含沙水流中流速分布的統(tǒng)一表達(dá)式為(這里以均質(zhì)、光滑邊壁的賓漢流動為例) 高含沙水流的本構(gòu)方程為: 實驗結(jié)果表明, 雖然高含沙水流具有觸變特性, 由、的自身物理特性和隨著所處的運(yùn)動狀態(tài)的演化而演化的特性, 共同決定了高含沙水流流動時的流速分布。從能量觀點(diǎn)看, 流速分布是流體運(yùn)動過程中能量分布形式的體現(xiàn), 由于動量傳遞屬于一種擴(kuò)散現(xiàn)象, 流速的連續(xù)性本質(zhì)上是依靠內(nèi)界面的內(nèi)摩擦阻力來維持的, 從動力學(xué)的觀點(diǎn)上看, 流速分布一方面具有對演化歷史的記憶功能, 另一方面又具有反映演化狀態(tài)的不可逆的耗散性。2：紊動特性(1)試驗發(fā)現(xiàn)泥漿湍流的近壁層流層范圍與牛頓體湍流的粘性底層不同, 泥漿湍流的近壁層流層內(nèi)完全保持層流狀態(tài)。在近壁層流層(0 y + 1)中, 完全沒有脈動, 這一點(diǎn)和牛頓流體的近壁層性質(zhì)不同。y + =1 4 為間隙湍流層, 該層相當(dāng)于牛頓流體的粘性底層, 并具有類似的猝發(fā)過程, 該層紊動強(qiáng)度較大, 對整個湍流的形成有重要意義。強(qiáng)紊動層, 從y + =5 一直到流核區(qū), 或者流速梯度較小的流區(qū)的下方。紊動旋渦在該層進(jìn)一步發(fā)育和分解, 各種頻率的脈動都在此出現(xiàn), 脈動強(qiáng)度也較大。實測結(jié)果表明, 充分湍流區(qū)泥漿流速分布和清水沒有區(qū)別, 過渡湍流區(qū)上部仍有流核, 下部流速分布, 也是對數(shù)分布, 清水加推移質(zhì)和泥漿加推移質(zhì)的湍流時均流速分布仍為對數(shù)分布.泥漿湍流(賓漢體)中紊動產(chǎn)生于間隙湍流層上部和強(qiáng)紊動層下部, 間隙湍流層和擴(kuò)散層的紊動有間歇, 造成分布曲線的雙峰。泥漿濃度增大, 自相關(guān)系數(shù)增大, 低頻脈動能量增加。3：阻力關(guān)系 對管道高含沙水流的阻力特性的研究表明(泥沙的中值粒徑D50 分別為0.031 , 0.042mm,含沙量變化范圍為0 630kg m3), 無論是在管道或明渠中, 在由層流向紊流轉(zhuǎn)變的過渡區(qū)內(nèi)增加含沙量時, 阻力損失相對減小,其原因是由于增加含沙量使水流粘性增大, 抑制了水流紊動, 從而減小了阻力。即使如此, 實測結(jié)果清楚顯示了與同流速的清水相比含沙水流是增阻而不是減阻,。高含沙水流中的紊流的阻力方程為：為結(jié)構(gòu)流中脈動流速，是由內(nèi)聚力作用所引起的作用力。減阻和增速是一個問題的兩個方面。高含沙水流的阻力和清水相比, 在層流區(qū)時阻力損失較同條件下的清水為大, 這似乎已成共識。也有人認(rèn)為紊流粗糙區(qū)時二者阻力近似相同, 而對過渡區(qū), 似乎未取得一致意見, 這可能與比較標(biāo)準(zhǔn)不同有關(guān)。不同濃度條件下的高含沙水流運(yùn)動情形下的減阻, 和泥沙的濃度及電化學(xué)、物理特性密切相關(guān), 從紊動來看, 和猝發(fā)的周期、流條的空間尺寸有關(guān)。雖然不同濃度條件下的高含沙水流運(yùn)動減阻問題在管道輸運(yùn)和治黃中得到了足夠的重視, 但關(guān)于減阻機(jī)理目前還不太清楚。三：黃河高含沙量對水庫影響高含沙水流進(jìn)入水庫以后,特性如一般挾沙水流一樣,即可能造成庫內(nèi)淤積,又可能被用以排沙,甚至?xí)斐蓭靺^(qū)沖刷。但是由于高含沙水流可能形成漿河,所以大量排沙時會產(chǎn)生揭底沖刷現(xiàn)象,當(dāng)調(diào)度不合理時,將產(chǎn)生水庫的嚴(yán)重淤積。（1）由于淤積使興利庫容和防洪庫容不斷損失,導(dǎo)致水庫綜合效益降低。水庫綜合效益,在很大程度上決定于興利庫容和防洪庫容。它們的損失,將使防洪、發(fā)電、通航、灌溉以及養(yǎng)殖等效益的發(fā)揮大受限制,其中某些功能可能喪失殆盡。（2）上延引起淹沒與侵沒。泥沙淤積的結(jié)果是加大了水庫的坡降,使庫內(nèi)水位抬高,導(dǎo)致回水和淤積的不斷上延,出現(xiàn)水庫淤積“翹尾巴”現(xiàn)象。例如山西鎮(zhèn)子梁水庫,運(yùn)用以來由于淤積上延多次追加對淹沒、侵沒的賠償,總額超過水庫建設(shè)投資的1.8倍,（3）壩下游河床變形。水庫蓄水以后,由于庫內(nèi)淤積,使下泄水流時含沙量降低,以致引起下游河道長距離沖刷川。如果支流來沙較多,往往又使河道產(chǎn)生淤積。（4）壩前泥沙問題,壩前船閘、渠道引水口的堵塞等。粗顆粒泥沙對水輪機(jī)的磨損、攔污柵的堵塞。渠道中粗顆粒泥沙可能發(fā)生沉積,細(xì)顆粒泥沙進(jìn)入耕地以后將增加土壤的肥分。（5）水庫淤積即能加重水庫污染,也可能加強(qiáng)水的自凈能力。懸浮物表面常常吸附大量污染物質(zhì),水庫蓄水后,污染物質(zhì)在庫內(nèi)累積,使水庫微生物吸收后被魚類食用,如果魚被人類捕食,污染物將在人體內(nèi)聚積,最終影響人體健康。參考文獻(xiàn)：1：陶虎.高含沙水流對中小水庫的影