摘要
异重流清淤排沙是沙质河流上的水库在蓄水时能够减少水库区泥沙淤积的措施之一。小浪底水库的主要任务之一是减少黄河下游河道淤积，其主要实现方式是通过调水调沙来实现。探讨小浪底水库异重流的产生、输移及排沙规律，有利于更好地利用异重流服务于生产，为调水调沙的应用提供科学依据，同时对多沙河水库的蓄水应用和异重流理论的发展也有一定的参考价值。 在水槽试验中通过改变试验的泥沙粒径、含沙量和流量三个因素对自加速异重流发生的临界条件进行试验探究，得到异重流的运动过程和冲淤情况，得出结论： （1）当异重流达到流速和浓度的临界值就会消失或者突变，依据该现象建立了异重流启发式模型；以动力学方程为基础建立了流体能量和质量平衡层积分方程，利用简化形状因子等手段得到更简洁的方程组；为得到驱动力方程和阻力方程的关系，将启发式模型简化为空间恒定但时间非恒定的模型，最后分析得到浓度和流速对异重流的影响； （2）通过做室内异重流水槽试验，控制试验坡度为2%，利用泥沙粒径、含沙量和流量三种变量设计了15组试验工况，其中包括7组试验用于分析异重流的加速情况，8组试验用于分析减速情况，每组工况对应7个流量断面，使用高速相机和电磁流速仪得到头部流速、中部流速和流速剖面，使用自制的洪峰水位自动采集装置收集每个断面5个不同位置的水样，并利用电子天平、比重瓶和激光粒度颗分仪得到水样的浓度和中值粒径，最后对试验数据进行处理，探讨自加速异重流发生的临界条件。 （3）在15种试验工况中，得出自加速异重流发生的临界条件是353lt;ψlt;373。在加速情况下，沿程流速在潜入点后均有增加的趋势，沿程浓度也在增加，中值粒径沿程减小，但减小幅度沿程降低，同时沿程流速、浓度及中值粒径还会受到流量、含沙量及泥沙粒径的影响；在减速情况下，沿程流速在潜入点后具有减小的趋势，沿程浓度也在减小，中值粒径沿程减小，同时沿程流速、浓度及中值粒径还会受到流量、浓度及泥沙粒径的影响。 （4）在2018年-2021年期间，共进行三次原型观测，潜入点前后水流会发成从明渠流动到沿底坡流动的突然转变，在水面上大量漂浮物聚集，并且伴有明显清混分界现象；在异重流沿底坡运动过程中，会明显冲刷河床；伴随着泥沙含量增大，异重流呈现明显加速现象；坝前具有和天然河道相似形状的水下河道的形成原因是汛期频繁的异重流现象。
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