《渾水異重流的失穩及失穩後的泥沙擴散、淤積規律》是依託四川大學,由安瑞冬擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名:渾水異重流的失穩及失穩後的泥沙擴散、淤積規律
- 項目類別:青年科學基金項目
- 項目負責人:安瑞冬
- 依託單位:四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
渾水異重流是泥沙運動的一種特殊形式,汛期渾水進入水庫後由於密度的差異將形成清渾水分層流動狀態。當異重流運動逐漸穩定後,上層清水與下層渾水由於不完全摻混而保持成層流動,若後續渾水持續補充,異重流可能運動至壩前並排出水庫。失穩則描述當異重流遭遇入庫渾水補充被切斷,或運動過程中能量損失增大(急彎、突縮河段)及水庫流場突變(支流匯入或下泄流量激增)等情況下,異重流運動將失去穩定,成層流動被破壞且清渾水交界面逐漸消失。以往對異重流研究大多集中在發生異重流時的水力學條件,而受觀測條件和研究手段的制約,對發生在水下難以觀察到的異重流失穩鮮有描述。異重流失穩後所挾大量泥沙的擴散和淤積規律是預測水庫淤積情勢,利用調度塑造人工異重流及異重流排沙等方面研究的重要依據。.本項目擬建立基於兩相流理論的異重流擴散、淤積數學模型、結合異重流水槽試驗和已有水庫異重流原型觀測成果,總結歸納異重流失穩的誘因、失穩條件
結題摘要
渾水異重流是泥沙運動的一種特殊形式,汛期渾水進入水庫後由於密度的差異將形成清渾水分層的穩定流動狀態。但在入庫泥沙及水動力學條件發生改變時,清渾界面可能失去穩定而導致成層流動被破壞,進而發生異重流的失穩。異重流失穩後所挾大量泥沙的擴散和淤積規律是預測水庫淤積情勢,利用調度塑造人工異重流及異重流排沙等方面設計研究的重要依據。基於上述目的,本項目研究主要針對水庫渾水異重流產生後,遭遇後續能量補充被切斷、前鋒難以克服運動阻力、水庫密度分層破壞下潛等情況而導致的異重流失穩,對失穩的機理以及失穩後的泥沙擴散、淤積規律進行分析。項目經三年工作,採用數值模擬、模型試驗和原型觀測相結合的方法,基本完成研究計畫並取得預期要求的成果。提出了基於液固兩相流理論的異重流運動計算模型,開展了異重流失穩的水槽試驗並進行了水庫原型觀測。研究將異重流失穩機理歸納為:底部阻力影響、失去後續渾水補充、水庫密度分層阻礙垂向擴散及地形突變造成的水動力學條件變化。此外,研究還在異重流清渾交界面識別方法、異重流數值模擬方法、溫度分層型水庫異重流間層流動特性等方面取得一定的新進展。研究還針對西南山區河流水庫異重流開展研究,證明了異重流在低含沙河流水庫發生的可能,且發現此條件下異重流的運動更容易失穩。通過改善現有觀測方法,以走航式觀測手段,以垂向濁度實時分析結合取樣處理的方法,實現在西南地區大型深水庫的異重流觀測並成功在紫坪鋪水庫捕捉到異重流的水下形態和運動過程。研究期內已發表論文4篇,包括SCI檢索論文1篇,核心期刊論文2篇和國際會議論文1篇。由基金資助培養了1名博士生及3名碩士生。獲國家發明專利授權1項。經專家鑑定,本研究成果中的基於水庫調度情景分析的異重流排沙新方法和異重流擴散淤積模型作為“保障山區河流連續性的關鍵技術及套用”的重要組成部分獲四川省科技進步一等獎,成果已經推廣套用於岷江紫坪鋪水庫,金沙江溪洛渡水庫和向家壩水庫異重流調度排沙研究中。