巴家嘴水庫及多泥沙河流水庫泥沙關(guān)鍵技術(shù)研究

前言

巴家嘴水庫位于水源貧乏的甘肅省慶陽市，是慶陽市不可或缺的重要水源，在當(dāng)?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展中起著重要作用。由于水庫年均來水含沙量高達218 kg／m。，泥沙問題非常嚴(yán)重，致使慶陽市用水和水庫排沙之間的矛盾非常突出。當(dāng)?shù)貫榱私鉀Q用水，特別是用清水的問題，于1992年、1996年兩次改變水庫排沙方式，排沙期縮短，并且在汛期平水期蓄渾用清，河槽淤積嚴(yán)重。加上水庫泄流能力的限制，常遇洪水上灘淤積，灘槽同步抬高，防洪庫容銳減，水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)降低，工程存在安全隱患。長期以來，水庫泥沙問題一直困擾著巴家嘴水庫，是巴家嘴水庫的一大遺留問題。本書主要研究成果如下：（1）對巴家嘴水庫高含沙水流特性和沖淤特性進行了規(guī)律性分析?？偨Y(jié)出巴家嘴水庫高含沙洪水不僅挾沙能力強，而且存在漿河、間歇流、停滯、泥沙沉降等特性；總結(jié)了巴家嘴水庫高含沙水流的賓漢極限切應(yīng)力與含沙量、懸移質(zhì)泥沙中數(shù)粒徑的關(guān)系規(guī)律。（2）將多沙河流水庫泄流規(guī)模的確定由點控制轉(zhuǎn)變?yōu)榫€控制。從排沙、減淤、保持有效庫容的角度提出了“設(shè)計滿足各級設(shè)計水位泄量要求的水庫泄流曲線，這是多沙河流水庫泄流曲線的顯著特點”的觀點，在多沙河流水利水電工程設(shè)計中尚屬首例。（3）提出泥沙數(shù)模計算時段應(yīng)以不引起洪水過程線有較大變形為原則確定。通過對水庫防洪庫容銳減原因及來水來沙特性的深入分析，認(rèn)為巴家嘴水庫以日為計算時段設(shè)計的洪水過程變形嚴(yán)重，導(dǎo)致計算結(jié)果誤差偏大，本次巴家嘴水庫汛期及非汛期洪水期入庫水沙過程線，按實測洪水過程設(shè)計。首次提出了對于山區(qū)具有暴漲暴落高含沙洪水來沙特性的水庫，在泥沙數(shù)學(xué)模型計算中，計算時段應(yīng)以不引起計算過程中洪水過程線有較大變形為原則確定。（4）將巴家嘴水庫運用的主汛期分為主汛期平水期、主汛期基流沖刷期、主汛期洪水期三個時期，并提出了主汛期各個時期既防洪保壩，又保障供水，既控制水庫淤積，又保持有效庫容的水庫運用限制水位和條件，為黃土高原缺水地區(qū)水庫運用方式的制定提供了重要參考。（5）堅持人與自然和諧相處的原則，提出了兼顧排沙和用水的水庫運用方式。通過對水庫洪水來沙特性、高含沙水庫淤積特性、泄流規(guī)模及運用方式的高度綜合和靈活應(yīng)用，解決了黃土高原缺水地區(qū)高含沙水庫的蓄渾用清問題，為類似缺水地區(qū)實現(xiàn)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供了可以借鑒的、有效解決問題的途徑。（6）不僅對巴家嘴水庫工程關(guān)鍵技術(shù)問題進行了深入的研究，為水利工程師進行多沙河流水庫工程設(shè)計提供參考，而且在多沙水庫分組沙排沙分析、水庫泥沙數(shù)學(xué)模型設(shè)計等方面提出了新的研究成果，以供廣大水利工程師在水利工程設(shè)計中應(yīng)用。

內(nèi)容概要

本書通過對巴家嘴水庫建設(shè)、運行、改建過程的剖析和研究，提出了黃土高原缺水地區(qū)，多沙、高含沙河流水庫工程設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)問題的解決途徑。本書分為上篇、中篇、下篇，上篇主要介紹建設(shè)、運用、改建及高含沙水庫泥沙運動機理研究，中篇主要介紹水庫除險加固工程泥沙設(shè)計，下篇介紹水庫泥沙設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)問題。本書通過對巴家嘴水庫建設(shè)、設(shè)計、運用的長期實踐、認(rèn)識，再實踐、再認(rèn)識，從排沙、減淤、保持有效庫容的角度，提出了“設(shè)計滿足各級設(shè)計水位泄量要求的水庫泄流曲線，這是多沙河流水庫泄流曲線的顯著特點”等觀點，提出了兼顧地方用水和排沙要求的水庫運用方式，為水利工程師工程設(shè)計提供了重要的參考和工程實例。

書籍目錄

前言上篇 巴家嘴水庫工程泥沙問題　第一章 概況　　第一節(jié) 巴家嘴水庫工程概況　　第二節(jié) 庫匪和下游社會經(jīng)濟情況　　第三節(jié) 水庫任務(wù)和運用方式變化　　第四節(jié) 水文　第二章 巴家嘴水庫來水來沙特性　第三章 巴家嘴水庫高含沙水流泥沙運動機理　第四章 巴家嘴水庫淤積　　第一節(jié) 水庫淤積形態(tài)分析　　第二節(jié) 庫容變化　　第三節(jié) 各時期槽庫容變化　　第四節(jié) 灘槽同步抬高原因分析  第五章 慶陽市水資源問題　　第一節(jié) 慶陽市概況　　第二節(jié) 水資源量　　第三節(jié) 水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀    第四節(jié) 實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用的對策措施　第六章 巴家嘴水庫出險　　第一節(jié) 大壩安全鑒定　　第二節(jié) 1993年研究成果_及防洪庫容銳減原因分析　第七章 巴家嘴水庫除險加固的必要性　　第一節(jié) 工程建設(shè)的必要性分析　　第二節(jié) 除險加同工程的必要性　　第三節(jié) 蒲河流域修建取水樞紐的可能性分析中篇 巴家嘴水庫除險加固工程泥沙設(shè)計　第八章 巴家嘴水庫除險加固設(shè)計原則與對策　第九章 除險加固來沙設(shè)計　　第一節(jié) 水沙系列選擇原則　　第二節(jié) 設(shè)計系列水沙量及過程　第十章 除險加固庫區(qū)淤積設(shè)計　　第一節(jié) 水庫沖淤計算原則及方法　　第二節(jié) 水庫淤積計算分析方案　　第三節(jié) 水庫沖淤預(yù)測計算結(jié)果　　第四節(jié) 各方案淤積預(yù)測結(jié)果比較分析　第十一章 除險加固淤積形態(tài)設(shè)計及有效庫容　　第一節(jié) 庫區(qū)淤積形態(tài)設(shè)計　　第二節(jié) 壩前漏斗形態(tài)　　第三節(jié) 有效庫容變化　第十二章 巴家嘴水庫保持有效庫容條件及泄流規(guī)模論證　　第一節(jié) 保持庫容條件　　第二節(jié) 設(shè)計水位控制　　第三節(jié) 水庫泄流規(guī)模　　第四節(jié) 水庫運用方式　第十三章 除險加固水庫平衡分析　　第一節(jié) 巴家嘴水庫淤積平衡條件分析　　第二節(jié) 各方案水庫淤積平衡條件對比　第十四章 除險加固工程泥沙設(shè)計評價　　第一節(jié) 水沙條件預(yù)測評價　　第二節(jié) 水庫泥沙沖淤計算方法評價　　第三節(jié) 水庫敞泄排沙和沖屆計算方法評價　　第四節(jié) 水庫淤積預(yù)測評價　　第五節(jié) 綜合評價　　第六節(jié) 除險加固方案評價　　第七節(jié) 除險加固建設(shè)采用方案下篇 多沙、高含沙河流水庫泥沙設(shè)計中的幾個關(guān)鍵技術(shù)問題　第十五章 來水來沙特性與水庫泥沙數(shù)學(xué)模型設(shè)計　　第一節(jié) 來水來沙　　第二節(jié) 水庫沖淤計算數(shù)學(xué)模型時間步長的確定　　第三節(jié) 結(jié)語　第十六章 多沙河流水庫分組沙排沙關(guān)系研究　　第一節(jié) 多沙河流水庫分組沙排沙設(shè)計計算方法研究的必要性　　第二節(jié) 影響分組泥沙輸沙的主要因素　　第三節(jié) 分析資料選取的依據(jù)和原則　　第四節(jié) 分組泥沙輸沙關(guān)系線　　第五節(jié) 單沙級配直線插值合理性論證　　第六節(jié) 分組泥沙輸沙關(guān)系驗算與適應(yīng)性　　第七節(jié) 分組沙排沙關(guān)系與黃河小北干流放淤試驗調(diào)度指標(biāo)論證  第十七章 多沙河流水庫泄流規(guī)模論證與分析研究  第十八章 多泥沙河流水庫平面二維泥沙數(shù)學(xué)模型研究參考文獻

章節(jié)摘錄

1980年1月19日，黃河水利委員會（以下簡稱黃委會）以[1980]黃計字03號《關(guān)于巴家嘴水庫不再進行淤土加高試驗的報告》報水利部。報告稱：巴家嘴水庫已取得有關(guān)試驗資料，不再進行淤土加高試驗，由于當(dāng)?shù)匕l(fā)展農(nóng)業(yè)的需要，已改為蓄水運用，今后水庫加固和改建工程及管理，由甘肅省水利局負(fù)責(zé)實施。黃委會設(shè)計院（現(xiàn)黃河設(shè)計公司）1980年4月完成《巴家嘴水庫改建工程規(guī)劃及增建泄洪洞工程方案比較》報水利部，根據(jù)不再進行淤土加高試驗的精神，加固設(shè)計不再按攔泥試驗壩的指導(dǎo)思想進行。根據(jù)水利部[81]水規(guī)字第86號文批復(fù)“關(guān)于編制巴家嘴增建溢洪道工程的初步設(shè)計及概算”要求，黃委會設(shè)計院于1983年9月完成《巴家嘴水庫增建泄洪建筑物初步設(shè)計報告》，確定水庫按“蓄清排渾，滯洪排沙”方式運用，并進行泄洪洞與溢洪道方案比較，以投資少、工程運用安全可靠、有利于減淤排沙、保持有效庫容為由，推薦明流洞方案。1984年2月水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院對增建泄洪建筑物初步設(shè)計進行審查，要求對隧洞進口段黃土高邊坡穩(wěn)定、進口段布置、洞型進行補充研究。黃委會設(shè)計院于1987年完成了《巴家嘴水庫增建泄洪洞工程初步設(shè)計補充報告》。1988年6月22日，水利部水規(guī)[1988]5號《關(guān)于巴家嘴水庫增建泄洪洞工程初步設(shè)計補充報告的批復(fù)》稱：經(jīng)研究，我部原則同意初步設(shè)計報告，水庫運用方式應(yīng)采取蓄清排渾、空庫迎汛，請設(shè)計院結(jié)合水沙情況研究汛末蓄水的可能性和水庫調(diào)度方式，同意增建一條5m×7.5m城門洞型泄洪洞。1992年8月11日24時，巴家嘴水庫水位1110.6m時，樁號0+381壩軸線上游約50m處鋪蓋水面上（水深l一2m）發(fā)生12處冒泡；13日8時，分別在沿壩軸線方向長約15m、寬約10m范圍內(nèi)增加到33處冒泡；13日21時發(fā)現(xiàn)在樁號0+187一O+397、寬50m范圍內(nèi)大面積普遍發(fā)生氣泡，計80多處；14日庫水位下降至1108.85m，仍有72處冒泡。隨著庫水位下降，冒泡現(xiàn)象隨之消失。根據(jù)水利部指示，對巴家嘴水庫壩體上游鋪蓋發(fā)生冒氣泡現(xiàn)象進行了查勘和座談，形成了《甘肅省慶陽地區(qū)巴家嘴水庫大壩險情座談會紀(jì)要》，對冒泡原因分析認(rèn)為屬正?，F(xiàn)象，不危及大壩安全。對大壩安全和今后加固措施提出了意見，認(rèn)為現(xiàn)有輸水和泄洪洞泄洪能力低，最大泄量僅137m3／s，嚴(yán)重影響到水庫排沙運行和水庫安全，要加快增建一條泄洪洞工程。1993年3月和6月，黃委會設(shè)計院完成了《巴家嘴水庫增建泄洪洞工程初步設(shè)計洪水復(fù)核》、《巴家嘴水庫泥沙淤積分析計算》報告。水利部在蘭州召開會議進行審查，審查意見稱：巴家嘴水庫屬大（2）型水庫。水利部1981年審查水庫加固設(shè)計中曾確定洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇洪水設(shè)計、5000年一遇洪水校核。根據(jù)1990年5月頒發(fā)的《水利水電樞紐工程等級劃分標(biāo)準(zhǔn)補充規(guī)定》，同意洪水標(biāo)準(zhǔn)改為100年一遇洪水設(shè)計、2000年一遇洪水校核。近幾年水庫淤積嚴(yán)重除因來沙量較大外，與調(diào)度運用也有一定關(guān)系。今后必須堅持蓄清排渾的運用方式。1994年7月11日水利部下達水規(guī)計[1994]137號文《對巴家嘴水庫增建泄洪洞工程洪水復(fù)核和補充初步概算的批復(fù)》提出：“增建泄洪洞工程必須抓緊施工。同意暫不加高壩體。堅持蓄清排渾、空庫迎洪（汛期限制水位1100m），汛后蓄水，發(fā)揮水庫綜合效益?！?/pre>








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