用鹽水減少異重流泥沙淤積-試驗研究

1、用鹽水減少異重流泥沙淤積-試驗研究            摘要：異重流是自然界一種常見的現(xiàn)象，異重流淤積對許多工程都是需要解決的問題，如三峽永久船閘的上、下游引航道在三峽工程運行約30年后將出現(xiàn)較多的淤積。根據試驗資料，下引航道每年淤積量在16.563.5萬立方米之間，如遇大水大沙年淤積量還更大。特別是對下游引航道中“盲腸”段的淤積，估計以使用小型挖泥船清淤較為適宜。但對于象三峽船閘這樣重要的建筑物，也應考慮一些其他清淤或減淤的備用方法，以便在某些意外情況出現(xiàn)時可供考慮使用。

2、這些意外情況包括挖泥作業(yè)礙航或由于回淤迅速挖泥不夠有效等。因引航道的泥沙淤積主要系由異重流入侵引起，所以設想采用在盲腸段內加鹽，使盲腸段內水密度增加的辦法，以減少泥沙異重流對盲腸段的入侵，從而減少淤積。本試驗研究即以減少引航道盲腸區(qū)異重流淤積為背景，進行水槽試驗研究。初步試驗表明用鹽水減少泥沙異重流入侵的效果是顯著的。同時鹽水和泥沙異重流渾水接觸后促進其中細泥沙的絮凝而加速沉淀。這有利于減弱異重流。通過試驗研究得出了異重流運動的一些規(guī)律，本研究成果對其它“盲腸”河段的異重流防治也有參考價值。 關鍵詞：三峽引航道 異重流 鹽水減淤  1 渾水和鹽水的比重和加鹽量的計算根據泥沙模型試驗，

3、三峽水庫壩前水位為145m時，水庫不同運用年限的壩區(qū)水流含沙量和中值粒徑如下。表1 壩區(qū)水流含沙量和中值粒徑Predicted silt content and median particle size in the Three-Gorges Reservoir運用年限含沙量(kg/m3)中值粒徑(mm)d>0.05(mm)%渾水平均比重261.551.520.012121.0009462.722.820.02070.0211211.0017664.074.100.0280    2007-04-23    

4、    0.0287291.0025所以水庫運用約30年后，壩區(qū)渾水含沙量可假定在3kg/m3左右。相應的渾水比重為1.002。泥沙的中徑d50=0.03mm，與長江天然泥沙相近，重率=2.65，含沙渾水的重率可用公式計算+(1-/s)S式中 、s分別是水和沙的密度，S為含沙量(kg/m3)。食鹽(NaCl)能溶于水，且不引起水體積的變化，故鹽水的重率為鹽+S鹽式中 S鹽即單位體積的食鹽量，單位為：kg/m3。按照重率相等的原則，可以得出對應于某一含沙量的鹽水含鹽量應為S鹽=(1-/s)S考慮不同溫度下水的密度變化，計算含鹽量如表2所示。表2 重率相同條

5、件下，不同含沙量對應的含鹽量值Salt content corresponding to various silt content for the same density  含沙量S(kg/m3)水溫清水密度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* 表中含鹽量單位為kg/m3。由于鹽溶液不因加鹽而改變體積，含鹽量每增加(1-1/2.65)=0.623g/kg，其比重的增加即等于渾水含沙量增加1kg/m3所造成的比重增加。由此，加鹽量是比較小的。2 試驗研究2.1 試驗條件試驗是在一個有機玻璃水槽中進行的(圖1)，水槽中部設一個閘門，兩邊分別是清水和含有一定泥沙的渾水，待渾水中泥沙攪拌均勻后提起閘門，觀察異重流形成和運動的過程。然后在清水一側加入不同濃度的食鹽    2007-04-23   

7、     (NaCl)，重復上述試驗過程，觀測清水中加鹽后比重變化對異重流形成和運動的影響。試驗選用了d50=0.03mm的非均勻沙，分別進行了含沙量為：1kg/m3、3kg/m3和5kg/m3的試驗，試驗水深分別為H=22cm、18cm、和14cm三種，試驗用天然泥沙級配見表3，與長江天然泥沙十分相近。表3 泥沙級配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 試驗現(xiàn)象描述 (1)一側清水一側渾水條件下，試驗開始前狀態(tài)如圖2所示，當中部閘門提起后，異重流現(xiàn)象明顯地發(fā)生了，見圖3    2007-04-23        。(2)在清水一側加入適量鹽，使鹽水比重與渾水比重相同，再提起閘門，可以觀察到鹽水和渾水交界面上因提閘門時對水體的擾動略有混摻，但不會產生異重流，見圖4。 式中 為局部阻力損失系數(shù)，將h=K1H代入上式，簡化后可得v=K2，則可將v與v*關系列表5及圖7。 圖6 異重流深度h與總水深H的關系Relationship between density current depthhand total depth H圖7 異重流的速度與剪切流速的關系Relationship between velocity of densitycurrent and shear velocity表5 v與v*關系計算 單位(cm/s)Calculate