小浪底水庫攔沙初期水庫泥沙研究

前言

　　黃河小浪底水利樞紐是一座以防洪（包括防凌）、減淤為主，兼顧供水、灌溉、發(fā)電，除害興利，綜合利用的樞紐工程，在黃河治理開發(fā)的總體布局中具有重要的戰(zhàn)略地位，是黃河治理開發(fā)整體規(guī)劃中的關(guān)鍵工程。　　由于小浪底水庫是修建于多沙河流上的大型水流樞紐，工程所面臨的問題極為復(fù)雜。小浪底水庫工程規(guī)劃自1954年，至1994年工程開工，歷時40余年。期間經(jīng)歷了從最初擬定的以發(fā)電為主的徑流電站，至一級和二級開發(fā)方案的比較論證；進行了水庫一次抬高水位蓄水?dāng)r沙運用和逐步抬高水位攔粗排細運用方案比較；完成了工程設(shè)計任務(wù)書的研究和初步設(shè)計至招標(biāo)設(shè)計階段的工程規(guī)劃。　　小浪底水庫于1994年9月開工建設(shè)，1997年10月截流，1999年10月開始蓄水，截至2006年10月已運用了7年。在工程施工期圍繞工程建成后如何進行實際操作和運用進行了大量的研究工作。期間，項目組修建了小浪底庫區(qū)整體河工動床模型，研究了在設(shè)計的水沙條件及擬定的水庫調(diào)度方案下，庫區(qū)泥沙運動規(guī)律、排沙特性、河床縱橫剖面形態(tài)變化及庫容變化過程；建立了庫區(qū)準二維泥沙數(shù)學(xué)模型，并基于非恒定異重流運動方程等理論成果，以及小浪底水庫物理模型反映出的物理圖形進一步完善了數(shù)學(xué)模型；數(shù)學(xué)模型計算與物理模型試驗研究相結(jié)合，互相補充，互為印證，為選擇水庫最優(yōu)運用方式提供了重要的科學(xué)依據(jù)。水庫投入運用以來，針對異重流輸移規(guī)律進行了大量應(yīng)用基礎(chǔ)研究，提出可定量描述異重流排沙的臨界指標(biāo)及其阻力、傳播時間、干支流倒灌、不同水沙組合條件下異重流運行速度與排沙效果的表達式；基于異重流研究成果，編制歷年調(diào)水調(diào)沙人工塑造異重流預(yù)案，并應(yīng)用于調(diào)水調(diào)沙實施過程，為成功塑造異重流奠定了基礎(chǔ)。小浪底水庫運用以來不斷跟蹤研究，不僅檢驗了以往研究成果的正確合理性，而且進一步深化了水庫泥沙輸移規(guī)律的認識。　　該成果是項目組在小浪底水庫施工期及水庫投入運用以來所進行的滾動研究成果的集成與凝練?；A(chǔ)性研究成果如多沙河流水庫模型相似律，使多沙河流水庫模型相似律的理論更趨于合理化和規(guī)范化，并在三門峽、小浪底、東莊等多沙河流水庫模型中得到了應(yīng)用與檢驗。應(yīng)用性研究成果直接服務(wù)于小浪底水庫的優(yōu)化調(diào)度，為水庫充分發(fā)揮其綜合利用效益做出了貢獻，具有很大的社會效益與經(jīng)濟效益。

內(nèi)容概要

　　本書集成與凝練了在小浪底水庫施工期及水庫投入運用以來所進行的滾動研究成果，共分7章。第l章，綜合介紹了小浪底水庫的概況及取得的研究成果；第2～5章介紹了多沙河流水庫泥沙實體模型及數(shù)學(xué)模型，包括多沙河流水庫模型相似律研究現(xiàn)狀、異重流運動方程及相似條件推導(dǎo)、多沙河流水庫泥沙模型相似律、實體模型的設(shè)計與驗證、2000年水庫運用方式試驗研究、水庫運用方式試驗研究、小浪底水庫運用初期數(shù)值模擬研究；第6、7章介紹了小浪底水庫實況分析及其對研究成果的驗證和水庫異重流的研究及應(yīng)用，包括庫區(qū)排沙特性、庫區(qū)淤積形態(tài)及庫容變化、異重流基本規(guī)律研究、塑造與利用。　　本書是一部涉及水力學(xué)、河流動力學(xué)、河流模擬技術(shù)等學(xué)科的科技專著，可供廣大治黃工作者、河流泥沙研究人員及大專院校有關(guān)專業(yè)師生參考使用。

書籍目錄

第1章  概  述　1.1  工程概況　1.2  工程規(guī)劃主要研究成果綜述　1.3  項目背景及意義　1.4  項目主要內(nèi)容　1.5  取得的主要研究成果第2章  多沙河流水庫泥沙模型相似律　2.1  多沙河流水庫泥沙模型相似律研究現(xiàn)狀　2.2  異重流運動方程及相似條件推導(dǎo)　2.3  多沙河流水庫泥沙模型相似律　2.4  小  結(jié)第3章  小浪底水庫模型設(shè)計及驗證  3.1  模型設(shè)計  3.2  模型驗證  3.3  小  結(jié)第4章  小浪底水庫攔沙初期模型試驗研究  4.1  2000年水庫運用方式試驗研究  4.2  水庫運用方式試驗研究  4.3  小  結(jié)第5章  小浪底水庫運用初期數(shù)值模擬研究  5.1  基本方程  5.2  關(guān)鍵問題研究及處理  5.3  數(shù)值方法  5.4  模型驗證  5.5  小浪底水庫初期運用方式模擬  5.6  小  結(jié)第6章  小浪底水庫實況分析及其對研究成果的驗證  6.1  庫區(qū)的排沙特性  6.2  庫區(qū)淤積形態(tài)及庫容變化  6.3  預(yù)測研究成果合理性分析  6.4  小  結(jié)第7章　水庫異重流的研究及應(yīng)用　7.1　異重流基本規(guī)律研究　7.2　異重流的塑造與利用　7.3　小　結(jié)參考文獻

章節(jié)摘錄

　　1.5 取得的主要研究成果　　1.5.1 多沙水庫泥沙動床模型相似理論及模型設(shè)計　　本書系統(tǒng)地分析總結(jié)了水庫模型相似理論和設(shè)計方法，廣泛地吸取國內(nèi)模型相似理論和設(shè)計方法的原理和經(jīng)驗，以及泥沙運動力學(xué)和河床演變學(xué)的最新成果，針對黃河含沙量變幅大、河床沖淤變化迅速，以及水庫排沙的多樣性（明流、異重流等），提出了比較完善的小浪底庫區(qū)泥沙動床模型設(shè)計方法；針對多沙河流水庫異重流相似問題研究有所突破與進展?！　⊥ㄟ^三門峽和小浪底水庫的實測資料進行了系統(tǒng)、科學(xué)的驗證試驗，可以基本滿足在不同含沙量條件下河床沖刷相似和淤積相似，同時滿足水庫明流排沙和異重流排沙相似，可以保證試驗成果的可靠性?！　?.5.2小浪底水庫初期不同運用方式的試驗研究　　小浪底庫區(qū)模型對小浪底水庫初期運用和2000年水庫不同運用方式的試驗研究提出了水庫不同運用方式下庫區(qū)泥沙運動規(guī)律、排沙特征、河床縱橫剖面形態(tài)及庫容變化的影響，得出以下重要結(jié)論?！　。?）庫區(qū)干流淤積形態(tài)。水庫運用初期干流淤積為三角洲，隨著水庫運用時間的延長，三角洲不斷向下游推進。三角洲洲面形成相對穩(wěn)定的河槽，河槽寬一般為400～500 m。在HH32～HH36斷面之間，由于河谷較寬，加之非汛期的淤積，河勢不穩(wěn)定，一旦形成穩(wěn)定的灘槽后，基本上不發(fā)生大的變化?！　。?）水庫排沙特性。水庫運用初期基本上是異重流排沙，異重流潛入點一般位于三角洲頂點下游的前坡段，隨入庫流量的大小或庫水位的升降而變動，其潛入條件基本符合一般規(guī)律。異重流潛入后有足夠的能量，可運行至壩前，并排泄出庫。異重流淤積段，基本上是等厚淤積，壩前段淤積縱剖面接近水平?！　。?）庫區(qū)支流淤積特點。庫區(qū)支流主要為干流倒灌淤積，位于干流三角洲洲面上的支流，在口門處形成攔門沙，攔門沙頂部的高程與干流灘面銜接，向支流內(nèi)形成倒坡。隨著干流水位的下降或升高，支流溝口的攔門沙可被沖出小河槽或因干流渾水的倒灌而淤積。位于干流異重流淤積段的支流溝口，基本為水平淤積。　?。?）庫區(qū)淤積泥沙粒徑分布特點。在三角洲淤積段，淤積泥沙粒徑有沿程變細的趨勢，沿垂向不存在趨勢性的變化，在異重流淤積段及壩前淤積段無明顯的分選現(xiàn)象。　?。?）水庫降水沖刷特性。概化試驗結(jié)果表明，當(dāng)入庫流量較大、持續(xù)時間長、壩前水位驟降時，庫區(qū)初期淤積形成的河槽會出現(xiàn)強烈的沖刷下切，隨之灘地會出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象，與野外觀測現(xiàn)象一致。 　　……

編輯推薦

　　《小浪底水庫攔沙初期水庫泥沙研究》是一部涉及水力學(xué)、河流動力學(xué)、河流模擬技術(shù)等學(xué)科的科技專著，可供廣大治黃工作者、河流泥沙研究人員及大專院校有關(guān)專業(yè)師生參考使用。

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