水庫異重流的三維數值模擬及影響因素分析

章若茵，吳保生

（清華大學 水沙科學與水利水電工程國家重點實驗室，北京 100084）

1 研究背景

異重流是兩種比重相差不大的流體，因為比重差異而發生的相對運動。渾水入庫形成的泥沙異重流是水庫中常見的現象，其潛入過程以及流速與含沙量沿垂向的分布規律等是水庫異重流研究的重要內容，對優化水庫調度、提高水庫運用效益具有重要意義。但由于異重流潛入區域的變動以及異重流沿庫底流動的特點，在天然水庫中觀測完整的異重流潛入以及流速和含沙量的垂線分布較為困難，前人多以水槽試驗或數值模擬的結果來探討其分布的規律。

范家驊［1］、蘆田和男［2］、曹如軒等［3］、方春明等［4］、焦恩澤［5］、李濤等［6］通過水槽試驗、水力分析和數值計算等手段對不同比降、不同粒徑、不同水沙條件下的異重流潛入進行研究，分析了潛入點Froude 數的大小以及潛入水深與流量、含沙量、底坡的關系。但多數只分析了潛入水深與潛入點所在位置的流速、含沙量關系，而董炳江等［7］利用進口密度Froude 數表征入口水流的慣性力與浮力作用之比，受到入口流量和含沙量的影響，并根據數值模擬結果得到潛入水深與進口水深之比會隨著入口Froude 數的增加而增加的認識。這一變化趨勢雖然在前人［8］根據實測資料、水槽試驗和數值模型得到的結論范圍內，但缺乏定量描述，且入口Froude 數變化在0.5 ～8 的范圍內，當入口Froude 數在更大范圍內變化時這一關系是否存在仍不確定。

異……