三峽水庫(kù)香溪河庫(kù)灣倒灌異重流運(yùn)動(dòng)特性研究.pdf

1、三峽水庫(kù)蓄水后，庫(kù)區(qū)水位升高、水體流速減緩，庫(kù)灣和支流污染物的滯留時(shí)間延長(zhǎng)，水域環(huán)境條件發(fā)生了顯著變化，引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始認(rèn)識(shí)到水流變緩是三峽水庫(kù)支流庫(kù)灣發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化的主要誘因。一方面水庫(kù)蓄水使支流庫(kù)灣流速變緩有利于水華發(fā)生；另一方面水庫(kù)的水位調(diào)節(jié)以及水庫(kù)干支流水體物理化學(xué)性質(zhì)存在差異，水庫(kù)干、支流水體處于頻繁的交換狀態(tài)，這種交換又會(huì)反過(guò)來(lái)進(jìn)一步改變庫(kù)灣水體的物理、化學(xué)特性，從而不斷影響著支流庫(kù)灣水華的發(fā)生。因

2、此，研究清楚三峽水庫(kù)蓄水后支流庫(kù)灣水動(dòng)力特性及其受水庫(kù)干流影響的特點(diǎn)，是研究庫(kù)灣水環(huán)境狀況和解決其水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題的基礎(chǔ)。
　　 本文以三峽水庫(kù)香溪河庫(kù)灣為研究對(duì)象，利用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析庫(kù)灣的水動(dòng)力特性，并以此為基礎(chǔ)建立倒灌異重流室內(nèi)物理模型，模擬在三峽水庫(kù)典型調(diào)度工況下的香溪河庫(kù)灣倒灌異重流現(xiàn)象，來(lái)進(jìn)一步揭示異重流的水動(dòng)力學(xué)特性，為研究其它支流庫(kù)灣水動(dòng)力特性提供理論依據(jù)。主要工作及認(rèn)識(shí)如下：
　　 1、基于2008年香

3、溪河庫(kù)灣現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)水體流速、水溫、密度、水位、溫差、流量等因子進(jìn)行分析，結(jié)果表明香溪河庫(kù)灣在深度上長(zhǎng)期具有復(fù)雜的分層異向流動(dòng)特征，庫(kù)灣底部始終存在流向河口的潛流，大多時(shí)候河口處水庫(kù)干流水體以倒灌異重流的形式進(jìn)入庫(kù)灣，2月和3月為底部異重流，4-9月主要為中層異重流，汛后第一階段蓄水主要為表層異重流，第二階段蓄水為中層異重流，11、12月分別為底部和中層異重流。香溪河倒灌異重流形成的根本原因是水庫(kù)干流與支流庫(kù)灣水體溫差和含沙量差引起

4、密度差，其中溫差是主導(dǎo)因素。
　　 2、以初始水位、入流量、溫度差為基本變量，在室內(nèi)進(jìn)行了一系列底、中、表溫差倒灌異重流實(shí)驗(yàn)，通過(guò)分析異重流頭部移動(dòng)速度、厚度、交界面高度、潛入點(diǎn)速度等因子的變化過(guò)程，得到如下認(rèn)識(shí)：
　　 (1)異重流頭部移動(dòng)速度沿程呈線性遞減；同一斷面處，異重流頭部速度隨入流量、初始水位及溫差的增加而增大。
　　 (2)異重流運(yùn)行過(guò)程中，底、表層異重流頭部交界面及中層異重流頭部下交界面均沿程呈線

5、性升高，同一斷面處的交界面高度隨入流量及初始水位的增加而升高；中層異重流頭部的上交界面高度沿程幾乎不變，而同一斷面處的高度隨初始水位增加而增大。
　　 (3)底、中、表層異重流頭部厚度均沿程呈線性遞減，頭部厚度對(duì)初始水位變化最敏感，隨初始水位升高而增加，而溫差變化對(duì)其幾乎沒(méi)有影響。
　　 3、對(duì)室內(nèi)、野外溫差倒灌異重流的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行對(duì)比分析得到如下規(guī)律：
　　 (1)異重流運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)前鋒過(guò)后的異重流交界面形態(tài)不變

6、，底部異重流與環(huán)境水體交界面比降與水槽底部相反，表層異重流交界面傾向與水槽底部一致，中層異重流上交界面傾向與水槽底部相反，下交界面傾向與水槽底部一致，同時(shí)所有交界面比降均小于水槽底坡。
　　 (2)室內(nèi)溫差異重流潛入點(diǎn)值分布均較集中，平均值約為0.54；潛入厚度大約是環(huán)境水深的0.5倍，穩(wěn)定后的厚度大約是環(huán)境水深的0.4倍。
　　 (3)在一定范圍內(nèi)，異重流潛入點(diǎn)速度與入流量、初始水位及溫差均呈正相關(guān)；潛入點(diǎn)厚度與入流量