边界层
1904 年,德国科学家普朗特提出边界层理论。当粘性流体(比如水、空气)流过固体表面时,在固体壁面附近会形成一个流速有明显梯度变化的流体层,这就是边界层。在这个区域,流体的粘性作用显著。这一理论使得人们能够更合理地处理流体的粘性问题,把整个流场分成两个区域:边界层区域和主流区域。主流区域可以当作理想流体来处理,边界层区域重点考虑粘性的影响。
层流边界层:流体微团在边界层内有规则地分层流动,各层之间互不干扰,在较低流速、光滑表面等条件下容易出现这种情况。
湍流边界层:边界层内流体微团的运动轨迹杂乱无章,存在强烈的混合和动量交换,当流速较大、表面粗糙等因素存在时,容易产生湍流边界层。
液固边界层
实际的液固边界层组合情况较为复杂,液体指清水或高含沙浑水,固体则为管道、渠道和河道。
对于管道:主要涉及到高浓度输沙时的管道淤塞问题,当管道比降足够大时,淤塞问题基本不存在。
对于明渠渠道:主要有土渠、浆砌石(包括砖砌)和混凝土衬砌,后两种渠道主要是输送高含沙水流时的渠道淤积问题,但土渠不仅存在冲淤问题,同时还存在冲决和漫决问题。
对于黄河下游河道来说:可以排除冲决漫决,但由于河道河床是由泥沙淤积物构成,冲刷淤积就会交替发生:当中游来水含沙量小、流量大时可能发生冲刷,而当中游来水含沙量大、而流量小时,则可能发生淤积。
冲沙入海,在中游水库冲沙动力减弱后,小浪底20多年拦沙50亿吨才使得下游主河槽河床有所下切,当小浪底水库和古贤水库(建成后拦沙50年?)的拦沙寿命终结后,下游河床淤积抬高是必然趋势。
挖沙减淤实践
黄河下游挖河疏浚:藉以增加河道的输沙能力,减少河道的淤积,同时将挖出的泥沙用于加强堤防工程建设,配合其他措施,逐步使黄河下游形成相对地下河,改变下游地上悬河的被动局面。
“九五”期间曾开展了:“黄河下游水资源开发利用及河道减淤清淤关键技术研究”,重点对黄河下游窄河段开展挖河疏浚工程建设进行了探索,并紧密结合挖河固堤启动了挖河减淤工程的生产实践。
实践证明:挖沙减淤效益是短暂而不可持续的。
黄河需要调输的沙量巨大。如何实现水源的时空对接,合理地使水沙搭配并通过调度使水流将所挟带的泥沙输送入海,同时不在下游淤积,这是一个必须解决的问题。否则,泥沙还会淤积在库区。
三门峡水库在兴建之后就发生过这样的严重问题。
除非跨流域大量调水冲沙,但此措施的经济合理性值得商榷。
黄河下游主河槽河床边界条件不改变,随着中游大水库调蓄能力下降,枯水期小流量清水冲刷、汛期高含沙大流量浑水漫滩,主河槽冲淤摆动在所难免,很难达成黄河通航愿望。