中文摘要：

浑水异重流是泥沙运动的一种特殊形式，汛期浑水进入水库后由于密度的差异将形成清浑水分层流动状态。当异重流运动逐渐稳定后，上层清水与下层浑水由于不完全掺混而保持成层流动，若后续浑水持续补充，异重流可能运动至坝前并排出水库。"失稳"则描述当异重流遭遇入库浑水补充被切断，或运动过程中能量损失增大（急弯、突缩河段）及水库流场突变（支流汇入或下泄流量激增）等情况下，异重流运动将失去稳定，成层流动被破坏且清浑水交界面逐渐消失。以往对异重流研究大多集中在发生异重流时的水力学条件，而受观测条件和研究手段的制约，对发生在水下难以观察到的异重流失稳鲜有描述。异重流失稳后所挟大量泥沙的扩散和淤积规律是预测水库淤积情势，利用调度塑造人工异重流及异重流排沙等方面研究的重要依据。本项目拟建立基于两相流理论的异重流扩散、淤积数学模型、结合异重流水槽试验和已有水库异重流原型观测成果，总结归纳异重流失稳的诱因、失稳条件

结论摘要：

浑水异重流是泥沙运动的一种特殊形式，汛期浑水进入水库后由于密度的差异将形成清浑水分层的稳定流动状态。但在入库泥沙及水动力学条件发生改变时，清浑界面可能失去稳定而导致成层流动被破坏，进而发生异重流的失稳。异重流失稳后所挟大量泥沙的扩散和淤积规律是预测水库淤积情势，利用调度塑造人工异重流及异重流排沙等方面设计研究的重要依据。基于上述目的，本项目研究主要针对水库浑水异重流产生后，遭遇后续能量补充被切断、前锋难以克服运动阻力、水库密度分层破坏下潜等情况而导致的异重流失稳，对失稳的机理以及失稳后的泥沙扩散、淤积规律进行分析。 项目经三年工作，采用数值模拟、模型试验和原型观测相结合的方法，基本完成研究计划并取得预期要求的成果。提出了基于液固两相流理论的异重流运动计算模型，开展了异重流失稳的水槽试验并进行了水库原型观测。研究将异重流失稳机理归纳为底部阻力影响、失去后续浑水补充、水库密度分层阻碍垂向扩散及地形突变造成的水动力学条件变化。此外，研究还在异重流清浑交界面识别方法、异重流数值模拟方法、温度分层型水库异重流间层流动特性等方面取得一定的新进展。研究还针对西南山区河流水库异重流开展研究，证明了异重流在低含沙河流水库发生的可能，且发现此条件下异重流的运动更容易失稳。通过改善现有观测方法，以走航式观测手段，以垂向浊度实时分析结合取样处理的方法，实现在西南地区大型深水库的异重流观测并成功在紫坪铺水库捕捉到异重流的水下形态和运动过程。 研究期内已发表论文4篇，包括SCI检索论文1篇，核心期刊论文2篇和国际会议论文1篇。由基金资助培养了1名博士生及3名硕士生。获国家发明专利授权1项。经专家鉴定，本研究成果中的基于水库调度情景分析的异重流排沙新方法和异重流扩散淤积模型作为“保障山区河流连续性的关键技术及应用”的重要组成部分获四川省科技进步一等奖，成果已经推广应用于岷江紫坪铺水库，金沙江溪洛渡水库和向家坝水库异重流调度排沙研究中。