钟德钰为什么回避洪峰流量增大原因
(2024-03-11 02:52:29)
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时评洪水环境黄河会议 |
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黄河下游花园口以上河段洪峰流量沿程增大现象,引起各方面的重视,钟德钰用高含沙水流层流中的运动模式解释黄河河道中的充分紊流区流量增大产生的原因1,与实际发生机理相差甚远,我们在文中主要介绍高含沙水流的运动特性及历年洪峰流量最大研究情况。并根据实测资料研究分析了近年来产生流量增大原因2,否定他提出模式的可能性。他在回文中对产生流量增大原因分析这个核心问题是否合理只字不提,有意回避,却说我们对流体力学基本概念的误解3,是对他的误读。他有意歪曲争论核心,这么做是什么目的?我们文中的主要论点如下:请大家评理!
1,高含沙水流运动特性
关于高含沙水流的运动特性20年前水利系统的科研单位进行过详细试验研究[1],其基本运动特性已经清楚,在紊流区其阻力特性与清水相同,河道中可用曼宁公式计算[2],在管道中可采用高含沙浆体的刚度系数表示雷诺数Re用Mod图进行水力学计算[3],即不用考虑流体非牛顿体特性,在实际工业生产设计中已经应用多年。因强烈的紊动作用破坏了浑水的结构,流体的 屈服应力将不起作用,在床面不会形成停滞层。黄河干流河道洪水期均处在充分紊流区属于这种情况。
2,洪峰流量增大原因分析
我们在与钟德钰讨论文章中已经指出小浪底水库投入运用后洪峰流量增大与以前天然情况时发生条件不同:前者均发生在调水造峰之后,异重流排沙期,历时很短,沙量少,前期河槽中流量较大,河床均经过前期强烈冲刷,河床已经粗化,河床阻力较大;后者发生在建库前的高含沙洪水,流量大,历时较长,含沙量高,在河槽较宽浅时洪水造床作用强烈,河槽形态变化大,主槽冲刷强烈,水位下降,塑造出窄深河槽,河道输沙输水条件迅速提高。因此可以肯定两种情况下形成洪峰流量增大的机理是不同的。”
在小浪底水库投入运用后的2004年、2006年、2007年和2010年均发生流量增大现象洪水,文献(4、5)试图从洪水过程中河床阻力的突然变化,引起水流流速突然增大,槽蓄量突然释放解释。
文献(6)通过冲积河床床面形态变化分析黄河下游河道假潮现象形成与衰亡过程很有说服力。J.B.索撒德(7)基于西蒙斯等人的水槽试验成果曾经观测到,当高含沙细浆液流过时,由沙垄过度到平整床面的流速降低,床面形态更容易由沙垄变为动平整。
李国英(4)与我们(5)的研究结果均认为 在洪水过程中河槽中阻力的突然变化是洪峰流量增大主要原因,只是对造成阻力突然减小原因上有分歧,前者认为异重流高含沙水流在床面淤积一层细泥,使得床面细化,减小了河槽阻力,其实在充分紊流条件下异重流细泥不可能在床面淤积;后者认为是由于细粒泥浆水流特性使床面阻力形态改变,使得河床变为平整床面阻力大幅度减小,引起水流流速提高,造成槽蓄量的释放才造成洪峰流量增大。
从文献(5)分析得出洪峰增大数值与河床前期流量大小有关看,形成洪峰增值原因与槽蓄量突然变化是有直接关系。
根据三门峡水库及小浪底水库下泄清水期,黄河下游河道床沙D50由 0.1mm,变粗到0.2~0.3mm,河槽阻力n值将由0.01增大到0.03~0.04,在极细沙组成的高含沙洪水来临时,因流量突然增大,引起作用在床面上的剪力增加,使得河床形态由前期时形成阻力大的沙垄、沙浪夷为平整状态,阻力大幅度减小,流速的增加,引起槽蓄量减小是造成花园口以上河段洪水峰与量增大的主要原因。又由于高含沙洪水来临时水流比重大,必然会挤压河槽中的清水;使下泄流量增大。以河槽流量1500m3/s为例,假定当曼宁系数n值由0.03突然减小到0.015时,水流平均流速由1m/s增加到2m/s,相应过水面积也会由1500m2将减小到750m2,20km长的河段释放水量达到1500万m3,与洪水流量增大时水量相当,由此可见会引起槽蓄量的释放巨大作用。
关于小浪底水库投入运用后花园口以上河段流量增大问题的有关研究成果都认为是由于阻力突然减小引起槽蓄量的释放结果,从文献(4)给出的花园口站2004、2006年实测床沙组成d50与曼宁系数的变化可知在洪水期间随着河床组成细化,曼宁系数减小是肯定无疑地。花园口站的n值由2004年8月24日2点的0.028到8月25日6时降至0.018;2006年8月4日12时花园口站n值由0.022到8月4日18时降至0.014,均降低36%。花园口以上河段的床沙组成肯定比花园口粗,n值降幅会更大,槽蓄量的释放对增幅影响会更大。
由以上分析可知,造成近年来洪峰流量增大的原因是清楚的。
3,天热河流洪水期层流底层是否存在?
在经典水力学中,近壁层流层存在是有条件。在天然河流中边界是由松散可动时,因为水流的强烈紊动作用可以把能量传递到可动床面,引起泥沙颗粒强烈运动,尤其是黄河河床为最容易启动粉细沙时[8],河床在洪水过程中会产生强烈涨水冲刷与落水淤积[9],近壁层流的停滞层是否存在还是个疑问,在格拉夫、阿廷拉卡著的河川水力学巨著中从没见有论述过[10]。
钟德钰1给出图1所示认为存在的停滞层没有充分论据。从明渠与管道高浓度输送研究成果可知,在充分紊流区宾汉屈服应力因流体结构遭到破坏, 值是不存在,停滞层不会产生,已经为高含沙水流水槽试验所证明[1]。把经典水力学中近壁层流层与高含沙水流在层流时才能出现停滞层的概念混为一谈。并嫁接到黄河高含沙洪水时充分紊流区。因此他推导问题假设条件就存在问题,所提出的假说用不稳定波来解释黄河高含沙水流时洪峰增大原因自然就更值得怀疑,其研究途径也就失去存在基础。退一万步,即使“停滞层”存在也不会的使流量大幅度的增加,涨幅达到50%-83%。
附录目录
1钟德玉等,不漫滩高含沙洪水异常转播机理与临界条件,水利学报(J),2013年第1期,50-57
2齐璞、孙赞盈,关于洪峰流量沿程增大原因的讨论(同钟德玉教授商榷),水利学报, 2013年第8期,1002-1007
3钟德玉,对“关于洪峰流量沿程增大原因的讨论--同钟德玉教授商榷)回复,2014年第3期,376-377
参考文献
(1)钱意颖、杨文海、赵文林等,高含沙水流的基本特性,1985年北京国际河流泥沙讨论会论文集第2卷(M),175-184
(2)齐 璞、孙赞盈、齐宏海,黄河下游的排洪输沙潜力和高效排洪通道构建,第3章(M),黄河水利出版社,2010年,63-82
(3)E.J.Wasp等,黄科所泽,固体物料浆体管道输送,水利电力出版社,1980年
(4)李国英. 黄河洪水演进洪峰增值现象及其机理[J].水利学报,2008,39(5):511-517
(5)齐 璞、李平、陈岭、李锐,小浪底水库投入运用以来洪峰流量增大原因,人民黄河(J),2013年第3期, 4-5
(6)王益良 王义安 齐华林 黄河下游假潮现象(J) 泥沙研究 1984(3):39-51
(7)J. B.索撒 德,冲积河道的床面形态及有关水温、悬移质含沙量影响的综述,美国麻省理工学院,中美黄河下游防洪措施学术讨论会论文集(M),中国环境出版社,1988年12月,295-313
(8)齐 璞、高 航、余 新,利用洪水排沙不必刻意拦粗排细,水利水电技术进展[J],2008年4月,第28卷2期,2-7
(9)齐 璞、孙赞盈、侯起秀、彭 红,黄河洪水的非恒定性对输沙及河床冲淤的影响[J].水利学报,2005(6),637-643