闹德海水库异重流排沙特点

王 鑫，冯秀红

（辽宁省闹德海水库管理局辽宁 阜新 123000）

闹德海水库异重流排沙特点

王 鑫，冯秀红

（辽宁省闹德海水库管理局辽宁 阜新 123000）

本文主要介绍了水库异重流排沙条件、影响因素。闹德海水库是多泥沙水库，根据水库流域河流的洪水特性，通过对闹德海水库具体计算和实施效果的验证，说明采用汛期异重流排沙效果好，方法可行。

异重流；排沙；因素

1 工程概况

闹德海水库位于辽宁省阜新市彰武县，始建于1938年，建成于 1942年，其间经过1965年加固、1970年改建、1991～1994年的消险加固以及2007～2008年除险加固工程，水库已由初期单纯的防洪滞沙水库变为一座防洪滞沙和供水等综合利用的水库，目前是柳河上唯一已建大型控制性工程。

2 异重流排沙条件

挟沙浑水进入蓄有清水的水库，如具有足够流速并含有足够的细沙浓度，就会潜入清水下面形成一股浑水流动，沿库底向坝前行进，这就是水库泥水异重流。在一定条件下，异重流可以流到坝前。若及时开启排沙底孔闸门，异重流浑水即能排出库外。此时如站在坝顶，就能看到库面清澈如镜，而泄水孔却混流翻滚，这就是水库异重流的排查现象。

异重流排沙是水库重要的排沙方式之一，利用水库异重流，可以在蓄存清水、保持一定水头的条件下排泄入库浑水，在不降低水位的情况下以较少的水量排出大量泥沙。这样既能蓄水、又能排沙，既能使近期保持较高的兴利效益，又能减小水库淤积，延长水库使用时间，增加长期效益。水库异重流形成的最重要条件是入库水流与蓄水体之间的密度差，即入库水流必须携带一定的含沙量，特别是要携带一定数量的细泥沙；同时还必须满足一定的水力条件，即要求潜入点水流弗氏数Fr小于 1，根据水槽试验和野外实测资料成果，应满足下式：

式中 V、h0为潜入点流速和水深，γ′、Δγ分别为浑水容重和浑水、清水容重差。

除了水沙条件外，影响异重流继续运行的因素就是库区的边界条件，置入库底比降的大小、阻力的大小、运行距离的长短等。比降陡有利于异重流的继续运行，所以坝前淤积面的抬高，使库区的比降变缓，是不利于异重流运行的。沿途阻力的大小影响异重流的运行也很显著。例如三门峡水库，因原始库底高低不平，加上塌岸在河底形成浅运行，加大了阻力。前期发生的异重流沿程淤积很多，到达坝前的异重流甚为微弱。随着淤积的发展，库底渐趋平顺，阻力降低，异重流的排沙比也大为增大。

3 异重流的形成

闹德海水库汛期入库洪水流量较大，含沙量高，有利于异重流的形成。自 1970年水库改建完毕至1994年，水库运用方式为蓄清排浑运用，汛期大部分时段为敞泄运用，产生异重流的机会较少，只产生过四次异重流过程，包括1971年 5月、1975年6、7月以及 1980年6月异重流过程。在这仅有的四次过程中前三次水库都未进行排沙运用，导致泥沙基本都淤积在库内。1995～2000年汛期运用改变为6月、9月蓄水，7月、8月泄空排沙，2001年以来汛期来水偏枯，水库基本均为蓄水运用，因此 1995年以后产生异重流的机会增多，水库也基本都进行了排沙运用。统计历次异重流排沙情况的数据，各次异重流排沙比在 5%～64%之间，差异较大。1980～2007年异重流过程总来沙量为 446万t，出库总沙量为125万 t，总排沙比为28%。

4 异重流排沙的影响因素

影响排沙效果的因素较多，包括水库边界条件（如水库长短、库区地形、库底坡降）、水沙条件（如流量、含沙量大小和持续时间）、以及闸门调度情况等。水库的长度和库区地形影响异重流沿程损失量，在相同水沙条件下，异重流潜入点距坝里程即异重流运行距离主要受水库长度影响，异重流运行距离对排沙比的影响是明显的，运行距离短，则排沙比较大。表1统计了国内几座多沙河流水库回水长度和库底比降，其中闹德海水库汛期平均水位约 174m，回水长度为 7.3km左右（表 1），较其它水库明显偏小，对异重流排沙极为有利。另外，库底比降越大意味着异重流运行速度越大，异重流越容易排出库。

表1 几座水库异重流排沙期间水库平均回水长度和坡降

图1 是国内外几座水库异重流排沙比与库底坡降的关系，可以看出排沙比与库底坡降具有较好的相关性，坡降越大，排沙比越大，说明库底坡降对排沙比影响显著。闹德海水库库底坡降达27.8，显然对异重流排沙非常有利。因此，从河道边界条件来看，闹德海水库具有十分有利的异重流排沙条件。但是从图 1资料看，闹德海水库排沙比数据略低于趋势线，甚至并不明显高于具有较长库长和较缓比降的小浪底水库。分析其原因，异重流排沙期间可能存在漏测现象，同时由于缺乏异重流观测，难以准确掌控闸门开启时机，导致通过资料计算的闹德海水库排沙比可能低于实际值。

图1 水库异重流排沙比与底坡的关系

水沙条件是影响异重流形成和排沙的最重要条件之一。异重流形成后必需具有足够的能量克服沿程阻力到达坝前排出库外，能量越大，排沙量也越大。异重流流量和含沙量大小、持续时间以及库底比降决定异重流能量的大小。闹德海水库排沙比与水流能量具有明显的趋势关系，浑水水流能量越大，排沙比越大。另外 2002年 8月和2005年8月两场异重流流量很大，但排沙比较低，其原因可能也与水库调度和水库排沙过程发生漏测有关。

5 结语

从闹德海水库河床条件和入库水沙条件来看，河床比降大，洪水含沙量高，极易形成异重流，异重流排沙比可达 40%左右。在流量小、含沙量大时加强异重流观测，及时进行异重流排沙是减轻水库淤积、增加效益的有效途径。

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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，工程师。