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第六节 湖水的运动与调蓄(4)

时间:2010-01-29  归属:水文学

  式中,T为周期;L为水体的长度;g为重力加速度;H为水深,C为波漾的波速。

  单节波漾的波长λ按下式计算:

  λ=2L=CT (3-60)

  多节波漾,如n为波节数,则上两式可化为:

  

  (三)湖泊增减水

  由于强风或气压骤变引起的漂流,使湖泊迎风岸水量聚积,水往上涨,背风岸水往下降,前者称为增水,后者称减水。一岸增水,一岸减水,必然造成两岸水位差,湖面变成倾斜状态。倾斜的湖面反过来又阻滞着漂流作用。并在水下形成与漂流流向相反的补偿流。全湖性的垂直环流系统,在深水湖岸,补偿流的范围可超过漂流的厚度,如果湖盆平缓,水的密度差别不大,补偿流的范围可达湖底。

  增减水的主要特征是水位的变化,水位变化的幅度可以实测,也可通过下式近似确定

  

  式中,△h为增减水位变幅;Cs为经验常数,可取1—15;τα为风应力;L为水体长度;ρ为水的密度;g为重力加速度;H为水体平均深度;α为风向与L线方向的夹角。

  可见水位变幅的大小决定于风力的强弱、湖盆的形态、湖水的深度(反比关系)等。通常浅水湖远大于深水湖,例如,平均水深为10.2米的洱海,一般测到的增减水水位变幅仅80—90毫米,这与该湖的风速较小也有关。而平均水深仅1.9米的太湖,在强风作用下增减水位变幅一般为0.2—0.3米,如遇台风,变幅增大,例如,1956年8月1日全湖水位不变情况下,迎风岸新塘和背风岸胥口水面一升一降,相差可达2.45米。

  (四)水库异重流

  异重流是两种重率不同的流体相汇合,由于重率的差异而发生的相对运动。在运动过程中,各层流体能保持其原来的特性,不因交界面上的紊动作用而发生全局性的掺混现象。水流比重差异多数是由于水温、含沙量、溶解质的含量不同所致。温差异重流常见于热电站冷却水的引水口,盐水异重流常见于入海河口,而浑水异重流则主要发生在河流入库处。

  1.水库异重流的形成 挟沙水流进入水库壅水段后,由于水深增加,流速减低,水流中所挟带的泥沙不断向底部沉降,水面的流速与含沙量逐渐趋向于零。向底部沉降的泥沙,较粗的部分将就地落淤,形成三角洲淤积,较细的则由于沉降速度小,还能继续保持悬浮状态。进到B点以后,表层水开始变清,形成一个明显的清浑水交界面,这时该区段内出现两种比重不同的流体,在重力作用下,潜入底部的水流就有可能携带着所剩下来的悬浮物质,以一定的速度向前运动,形成异重流。由于异重流在向水库区运动的过程中,将带动一部分交界面上的清水相随同行,因而其表层就会出现相反方向的补偿流。这种补偿流的回流将推动水面的漂浮物质向B点附近聚集,这就是水库异重流产生的一个标志,B点通常称为异重流的潜入点,即水库异重流形成和插入库底的潜入点。

  清浑水的重量差是形成水库异重流的根本原因。据研究,入库浑水的含沙量大于库水含沙量千分之一即可产生异重流,而浑水含沙量大于10—15公斤/米3时,异重流才比较稳定;其次是组成异重流泥沙的颗粒一般要细小,通常以d=0.01毫米的粒径为界限粒径。此外,如果入库的浑水能持续不断,库底又有足够的坡降,则异重流能在水库中长距离运行,以至到达坝前。此外,如果坝体底孔开启异重流就可以排出水库。因此,弄清异重流运动规律,对采取异重流排沙,减缓水库淤积速率将有重要的意义。

  2.水库异重流的特性 异重流的运动规律与一般明渠水流有类似的地方。异重流发生后,维持异重流前进的动力与明渠一样,也是重力。但由于异重流体受到上层清水的包围,并受上层流体的浮力作用,故异重流体的有效重

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  • 关键词:湖泊形成沉积水库水量沼泽作用运动由于水位
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