入流泥沙粒径组成对弱分层水体异重流及挟沙特性的影响Impact from composition of particle size of inflowed sediment on density flow and its sediment laden characteristics of weakly stratified water body
徐凯,孙昕,余伟宾
摘要(Abstract):
利用水槽设计水库分层水体模型试验,研究温度弱分层水体中不同入流泥沙粒径组成时异重流及其泥沙运动的特性。选用颗粒粒径0.01 mm、0.02 mm、0.05 mm的泥沙,开展了不同入流泥沙粒径组成条件下的异重流试验研究。在水温弱分层水库水体中,分析入流泥沙粒径组成的变化对分离点水深和间层流厚度的影响规律;不同泥沙粒径组成下,分析异重流在水库断面的泥沙浓度、较深的水域挟沙量变化规律;研究了泥沙沉淀量和悬浮量与入流泥沙粒径组成的关系。研究结果表明:在弱分层条件下,维持入流泥沙浓度3.75 g/L、入流速度0.005 m/s不变,异重流在水库中泥沙沉淀比例为29%~38%,泥沙在水库中的悬浮比例为46%~60%;粒径组成变化导致分离点深度和间层流厚度不同,颗粒粒径越大,分离点深度越深,间层流厚度越厚;异重流挟沙能力弱,水库淤积更严重,泥沙也会造成水库水浑浊;入库泥沙粒径越小,水库悬浮的泥沙浓度越大,水库的内源污染越大;当入库泥沙粒径较小时,宜在水库深水区取水,可减少水处理费用。研究成果可为水库取水、调水调沙提供参考。
关键词(KeyWords): 弱分层;异重流;泥沙粒径;分离点;挟沙量;沉沙量;悬浮量
基金项目(Foundation): 国家自然科学基金面上项目(51278404);; 陕西省科技统筹创新工程计划项目(2015KTCL03-15)
作者(Author): 徐凯,孙昕,余伟宾
DOI: 10.13928/j.cnki.wrahe.2017.06.021
参考文献(References):
- [1]CESAREG D,BOILLAT J L,SCHLEISS A J.Circulation in stratified lakes due to flood-induced turbidity currents[J].Journal of environmental engineering,2006,132(11):1508-1517.
- [2]孙昕,黄廷林.湖泊水库水体污染控制[M].武汉:湖北科学技术出版社,2013.
- [3]ALAVIAN V.Behavior of density currents on an incline[J].Journal of hydraulic engineering,1986,112(1):27-42.
- [4]ALAVIAN V,JIRKA G H,DENTONR A,et al.Density currents entering lakes and reservoirs[J].Journal of hydraulic engineering,1992,118(1):1464-1489.
- [5]AHLFELD D,JOAQUIN A,TOBIASON J,et al.Case study:impact of reservoir stratification on interflow travel time[J].Journal of hydraulic engineering,2003,129(12):966-975.
- [6]张小峰,姚志坚,陆俊卿.分层水库异重流试验[J].武汉大学学报(工学版),2014,44(4):409-413.
- [7]姚志坚,张小峰,陆俊卿.温度分层环境下的水库异重流试验研究[J].人民长江,2011,42(13):51-55.
- [8]任实,张小峰,陆俊卿.温度分层水库中间层流运动影响因素分析[J].哈尔滨工程大学学报,2015,36(5):648-652.
- [9]李书霞,夏军强,张俊华,等.水库浑水异重流潜入点判别条件[J].水科学进展,2012,23(3):363-368.
- [10]LANE-SERFF G F.Deposition of cohesive sediment from turbulent plumes,gravity currents,and turbidity currents[J].Journal of hydraulic engineering,2011,137(12):1615-1623.
- [11]AN S,JULIEN P Y.Three-dimensional modeling of turbid density currents in Imha Reservoir,South Korea[J].Journal of hydraulic engineering,2014,140(5):1-15.
- [12]严忠銮,安瑞冬,李嘉,等.浊度型清浑水交界面识别方法及其在水库异重流观测中的应用[J].水利水电科技进展,2013,33(6):71-75.
- [13]吕秀贞.异重流的孔口排沙问题[J].泥沙研究,1984(1):12-21.
- [14]费祥俊,吴保生.黄河下游高含沙水流基本特性与输沙能力[J].水利水电技术,2015,46(6):59-66.
- [15]郑建民,王秀清,刘俊峰.2003年黄河调水调沙试验下游河道泥沙颗粒变化分析[J].河南水利与南水北调,2004(4):44.
- [16]刘俊峰,和瑞莉,姚宝萍.黄河调水调沙试验对泥沙粒径变化影响分析[J].中国粉体技术,2005,11(2):40-43.
- [17]姚鹏,王兴奎.异重流潜入规律研究[J].水利学报,1996,27(8):77-83.
- [18]高亚军,陆永军,李国斌.黄河小浪底库区高含沙异重流的运动过程分析[J].水利水运工程学报,2008(2):60-66.
- [19]李涛,谈广鸣,张俊华.水库异重流研究进展[J].中国农村水利水电,2006(9):21-24.
- [20]林秀芝,曲少军.小浪底水库异重流排沙分析[C]//中国水利学会泥沙专业委员会.第七届全国泥沙基本理论研究学术讨论会论文集.北京:中国水利水电出版社,2008:266-269.
- [21]西安建筑科技大学.一种基于自然传热的湖泊水库水温分层模拟方法:CN201410140441.1[P].2015-09-03.
- [22]孙昕,卞晶,解岳,等.曝气诱导内波破坏水库水温分层的过程与效果[J].中国环境科学,2015,35(2):434-441.
- [23]西安建筑科技大学.一种水下垂向多点同时取样系统:CN201420867146.1[P].2015-06-17.
- [24]陆俊卿,张小峰,易灵.分层水库污染物输移影响因素分析(1):入库条件影响分析[J].水动力学研究与进展(A辑),2009,24(5):559-565.
- [25]陆俊卿,张小峰,徐林春.水温分层对水库污染物输移的影响[J].武汉大学学报(工学版),2013,46(2):143-148.
- [26]HUANG T L,LI X,RIJNAARTS H,et al.Effects of storm run off on the thermal regime and water quality of a deep,stratifiedreservoir in a temperate monsoon zone,in Northwest China[J].Science of the total environment,2014,485-486:820-827.