黄河水流特点及对水利工程影响
一：引言
我国黄河流域及其中游地区的支流，其含沙量之高，在世界上都为罕见，在泾河的各条流域中，年平均含沙量达213kg/m3，年最大含沙量达1070kg/m3，黄河是我国乃至世界的高含沙水流之一，如控制不好，泥沙进入水库后造成泥沙淤积而引起一系列危害。
二：黄河水流运动特点
1：流速分布
（1）层流：二元明渠实测表明, 当含沙量较高时, 典型的泥流层流流速分布如图(u0 为最大流速)。
（2）研究后认为, 在高含沙水流中流速分布的统一表达
式为(这里以均质、光滑边壁的宾汉流动为例)
高含沙水流的本构方程为:
实验结果表明, 虽然高含沙水流具有触变特性, 由τ、η的自身物理特性和随着所处的运动状态的演化而演化的特性, 共同决定了高含
沙水流流动时的流速分布。
从能量观点看, 流速分布是流体运动过程中能量分布形式的体现, 由于动量传递属于一种扩散现象, 流速的连续性本质上是依靠内界面的内摩擦阻力来维持的, 从动力学的观点
上看, 流速分布一方面具有对演化历史的记忆功能, 另一方面又具有反映演化状态的不可逆的耗散性。
2：紊动特性
(1)试验发现泥浆湍流的近壁层流层范围与牛顿体湍流的粘性
底层不同, 泥浆湍流的近壁层流层内完全保持层流状态。
在近壁层流层(0 <y + ≤1)中, 完全没有脉动, 这一点和牛顿流体的近壁层性质不同。
y + =1 ～ 4 为间隙湍流层, 该层相当于牛顿流体的粘性底层, 并具有类似的猝发过程, 该层紊动强度较大, 对整个湍流的形成有
重要意义。
强紊动层, 从y + =5 一直到流核区, 或者流速梯度较小的流区的下方。
紊动旋涡在该层进一步发育和分解, 各种频率的脉动都在此出现, 脉动强度也较大。
实测结果表明, 充分湍流区泥浆流速分布和清水没有区别, 过渡湍流
区上部仍有流核, 下部流速分布, 也是对数分布, 清水加推移质和泥
浆加推移质的湍流时均流速分布仍为对数分布.
泥浆湍流(宾汉体)中紊动产生于间隙湍流层上部和强紊动层下部, 间隙湍流层和扩散层的紊动有间歇, 造成分布曲线的双峰。
泥浆浓度增大, 自相关系数增大, 低频脉动能量增加。
3：阻力关系
对管道高含沙水流的阻力特性的研究表明(泥沙的中值粒径D50 分别为0.031 , 0.042mm,含沙量变化范围为0 ～ 630kg m3), 无论是在管道或明渠中, 在由层流向紊流转变的过渡区内增加含沙量时,
阻力损失相对减小,其原因是由于增加含沙量使水流粘性增大, 抑制
了水流紊动, 从而减小了阻力。
即使如此, 实测结果清楚显示了与同流速的清水相比含沙水流是增阻而不是减阻,。
高含沙水流中的紊流的阻力方程为：
为结构流中脉动流速，是由内聚力作用所引起的作用力。
减阻和增速是一个问题的两个方面。
高含沙水流的阻力和清水相比, 在层流区时阻力损失较同条件下的清水为大, 这似乎已成共识。
也有
人认为紊流粗糙区时二者阻力近似相同, 而对过渡区, 似乎未取得
一致意见, 这可能与比较标准不同有关。
不同浓度条件下的高含沙水流运动情形下的减阻, 和泥沙的浓度及电化学、物理特性密切相关, 从紊动来看, 和猝发的周期、流条的空间尺寸有关。
虽然不同
浓度条件下的高含沙水流运动减阻问题在管道输运和治黄中得到了
足够的重视, 但关于减阻机理目前还不太清楚。
三：黄河高含沙量对水库影响
高含沙水流进入水库以后,特性如一般挟沙水流一样,即可能造
成库内淤积,又可能被用以排沙,甚至会造成库区冲刷。
但是由于高含沙水流可能形成浆河,所以大量排沙时会产生揭底冲刷现象,当调度
不合理时,将产生水库的严重淤积。
（1）由于淤积使兴利库容和防洪库容不断损失,导致水库综合效益降低。
水库综合效益,在很大程度上决定于兴利库容和防洪库容。
它们的损失,将使防洪、发电、通航、灌溉以及养殖等效益的发挥大
受限制,其中某些功能可能丧失殆尽。
（2）上延引起淹没与侵没。
泥沙淤积的结果是加大了水库的坡降,使库内水位抬高,导致回水和淤积的不断上延,出现水库淤积“翘尾巴”现象。
例如山西镇子梁水库,运用以来由于淤积上延多次追加对淹没、侵没的赔偿,总额超过水库建设投资的1.8倍`,
（3）坝下游河床变形。
水库蓄水以后,由于库内淤积,使下泄水
流时含沙量降低,以致引起下游河道长距离冲刷`川。
如果支流来沙较多,往往又使河道产生淤积。
（4）坝前泥沙问题,坝前船闸、渠道引水口的堵塞等。
粗颗粒泥沙对水轮机的磨损、拦污栅的堵塞。
渠道中粗颗粒泥沙可能发生沉积,细颗粒泥沙进入耕地以后将增加土壤的肥分。
（5）水库淤积即能加重水库污染,也可能加强水的自净能力。
悬浮物表面常常吸附大量污染物质,水库蓄水后,污染物质在库内累积,使水库微生物吸收后被鱼类食用,如果鱼被人类捕食,污染物将在人体内聚积,最终影响人体健康。
参考文献：
1：陶虎.《高含沙水流对中小水库的影响》.西安：西安理工大学，2005.
2：陶虎 .《高含沙水流对中小水库的影响及水库减淤措施》．
水力发电.第24卷第3期2008年9月.
3：刘兆存, 徐永年.《高含沙水流运动特性综述》.泥沙研究.2001,8月第4期.。