用盐水减少异重流泥沙淤积-试验研究

1、用盐水减少异重流泥沙淤积-试验研究            摘要：异重流是自然界一种常见的现象，异重流淤积对许多工程都是需要解决的问题，如三峡永久船闸的上、下游引航道在三峡工程运行约30年后将出现较多的淤积。根据试验资料，下引航道每年淤积量在16.563.5万立方米之间，如遇大水大沙年淤积量还更大。特别是对下游引航道中“盲肠”段的淤积，估计以使用小型挖泥船清淤较为适宜。但对于象三峡船闸这样重要的建筑物，也应考虑一些其他清淤或减淤的备用方法，以便在某些意外情况出现时可供考虑使用。

2、这些意外情况包括挖泥作业碍航或由于回淤迅速挖泥不够有效等。因引航道的泥沙淤积主要系由异重流入侵引起，所以设想采用在盲肠段内加盐，使盲肠段内水密度增加的办法，以减少泥沙异重流对盲肠段的入侵，从而减少淤积。本试验研究即以减少引航道盲肠区异重流淤积为背景，进行水槽试验研究。初步试验表明用盐水减少泥沙异重流入侵的效果是显著的。同时盐水和泥沙异重流浑水接触后促进其中细泥沙的絮凝而加速沉淀。这有利于减弱异重流。通过试验研究得出了异重流运动的一些规律，本研究成果对其它“盲肠”河段的异重流防治也有参考价值。 关键词：三峡引航道 异重流 盐水减淤  1 浑水和盐水的比重和加盐量的计算根据泥沙模型试验，

3、三峡水库坝前水位为145m时，水库不同运用年限的坝区水流含沙量和中值粒径如下。表1 坝区水流含沙量和中值粒径Predicted silt content and median particle size in the Three-Gorges Reservoir运用年限含沙量(kg/m3)中值粒径(mm)d>0.05(mm)%浑水平均比重261.551.520.012121.0009462.722.820.02070.0211211.0017664.074.100.0280    2007-04-23    

4、    0.0287291.0025所以水库运用约30年后，坝区浑水含沙量可假定在3kg/m3左右。相应的浑水比重为1.002。泥沙的中径d50=0.03mm，与长江天然泥沙相近，重率=2.65，含沙浑水的重率可用公式计算+(1-/s)S式中 、s分别是水和沙的密度，S为含沙量(kg/m3)。食盐(NaCl)能溶于水，且不引起水体积的变化，故盐水的重率为盐+S盐式中 S盐即单位体积的食盐量，单位为：kg/m3。按照重率相等的原则，可以得出对应于某一含沙量的盐水含盐量应为S盐=(1-/s)S考虑不同温度下水的密度变化，计算含盐量如表2所示。表2 重率相同条

5、件下，不同含沙量对应的含盐量值Salt content corresponding to various silt content for the same density  含沙量S(kg/m3)水温清水密度0(kg/m3)1.03.0    2007-04-23        5.00999.90.62271.86803.113451000.00.62271.86783.113210999.70.62271.86833.113815999.10.623

6、01.86893.114920998.20.62331.87003.1166* 表中含盐量单位为kg/m3。由于盐溶液不因加盐而改变体积，含盐量每增加(1-1/2.65)=0.623g/kg，其比重的增加即等于浑水含沙量增加1kg/m3所造成的比重增加。由此，加盐量是比较小的。2 试验研究2.1 试验条件试验是在一个有机玻璃水槽中进行的(图1)，水槽中部设一个闸门，两边分别是清水和含有一定泥沙的浑水，待浑水中泥沙搅拌均匀后提起闸门，观察异重流形成和运动的过程。然后在清水一侧加入不同浓度的食盐    2007-04-23   

7、     (NaCl)，重复上述试验过程，观测清水中加盐后比重变化对异重流形成和运动的影响。试验选用了d50=0.03mm的非均匀沙，分别进行了含沙量为：1kg/m3、3kg/m3和5kg/m3的试验，试验水深分别为H=22cm、18cm、和14cm三种，试验用天然泥沙级配见表3，与长江天然泥沙十分相近。表3 泥沙级配Sediment particle size distributionD(mm)0.00050.0010.0050.010.020.050.10.1540.28%10.3414.3126.531.8541.563.792.096.

8、098.1 2.2 试验现象描述 (1)一侧清水一侧浑水条件下，试验开始前状态如图2所示，当中部闸门提起后，异重流现象明显地发生了，见图3    2007-04-23        。(2)在清水一侧加入适量盐，使盐水比重与浑水比重相同，再提起闸门，可以观察到盐水和浑水交界面上因提闸门时对水体的扰动略有混掺，但不会产生异重流，见图4。 式中 为局部阻力损失系数，将h=K1H代入上式，简化后可得v=K2，则可将v与v*关系列表5及图7。 图6 异重流深度h与总水深H的关系Relationship between density current depthhand total depth H图7 异重流的速度与剪切流速的关系Relationship between velocity of densitycurrent and shear velocity表5 v与v*关系计算 单位(cm/s)Calculate