自加速異重流基礎(chǔ)研究領(lǐng)域重大突破 打破六十年理論懸案。近日，黃河水利科學研究院的“多沙水庫多目標優(yōu)化調(diào)控”水利人才創(chuàng)新團隊與清華大學水利系傅旭東團隊合作，聯(lián)合國內(nèi)外多方力量，在“自加速異重流”基礎(chǔ)研究領(lǐng)域取得重大突破。這是全球首次從原型尺度上證實了困擾流體動力學界近60年的“自加速異重流”理論預(yù)言，打破了“自加速僅存在于陡坡或高速流體環(huán)境中”的傳統(tǒng)認知，為全球水庫減淤與深海災(zāi)害預(yù)防提供了關(guān)鍵預(yù)測工具和中國方案。

異重流是流體密度差驅(qū)動的水下重力流，也是河湖庫區(qū)及深海長距離輸送巨量泥沙的關(guān)鍵。早在20世紀60年代，流體學界就提出了理論預(yù)測：若有侵蝕性的異重流能沖刷河床，獲取更多泥沙，其自重的增加會轉(zhuǎn)化為更強的驅(qū)動力，進而形成“侵蝕—加速—更強侵蝕”的正反饋循環(huán)。如果這一理論被證實，意味著水庫來的泥沙越多，對水庫的沖刷就越強，清淤效果越好，從而大幅優(yōu)化水庫排沙工作。但這種暗流發(fā)生隱蔽、隨機性強，還往往藏在深水底部，半個多世紀以來，全球科學家始終未能獲得直接確鑿的原位野外觀測證據(jù)，相關(guān)研究也一直停留在實驗室模擬和理論模型推算階段。

為了驗證這一理論，研究團隊選擇小浪底水庫作為研究對象。該水庫異重流頻發(fā)、河床演變劇烈，成為研究水動力學規(guī)律的理想場所。2018年至2025年，研究團隊在小浪底庫區(qū)連續(xù)開展了多次高強度野外原型觀測，構(gòu)建起一套創(chuàng)新的“水—沙—床”耦合觀測體系。通過這些觀測，團隊實現(xiàn)了日尺度的水庫地形高精度測繪，完整收集了真實水域自加速異重流沿程的流速、含沙量變化及對應(yīng)的河床演變數(shù)據(jù)，為揭示其動力學機制提供了堅實的數(shù)據(jù)支撐。

數(shù)據(jù)顯示，在特定洪水事件中，異重流往下游傳播時，含沙量和流量通量分別激增約6倍和10倍，單次事件對庫區(qū)沖刷深度達5至12米。這系統(tǒng)論證了低坡度庫區(qū)環(huán)境下自加速異重流的存在，證實自重增加而非坡度變化是異重流動量增長的主要貢獻。研究團隊還確定了自加速異重流發(fā)生的條件，即當修正Knapp-Bagnold數(shù)高于2.87±0.34時，無論是在平緩的天然水庫、實驗室里的模擬水槽還是深海峽谷，都將發(fā)生自加速異重流。研究還用水庫排沙比（出庫與入庫沙量之比）證實了修正Knapp-Bagnold數(shù)閾值的準確性。這意味著，通過調(diào)度不僅能把水流本身攜帶的泥沙全部排出去，還能沖走水庫里原有沉積物，有效延緩庫容衰減，真正做到“少用水、多排沙”，對破解全球水庫庫容年均衰減約1%的難題具有重要價值。

這項研究兼顧了基礎(chǔ)理論前沿與黃河治理現(xiàn)實需求，形成了“理論突破、應(yīng)用創(chuàng)新、技術(shù)研發(fā)”協(xié)同攻關(guān)模式，是近年國際黃河泥沙研究領(lǐng)域的標志性成果，充分彰顯了我國水利科研的硬核實力。