三門峽水庫(kù)水沙數(shù)學(xué)模型研究及應(yīng)用

前言

三門峽水利樞紐是黃河干流上修建的第一座大型水利樞紐，控制流域面積68.8萬km2，占黃河流域總面積的91.5％；控制了黃河干流三個(gè)洪水來源區(qū)中的兩個(gè)和黃河來水量的89％。工程自1960年9月15日正式蓄水運(yùn)用以來，由于水庫(kù)泥沙淤積問題突出，引發(fā)了樞紐工程的增建和改建。與此同時(shí)，水庫(kù)運(yùn)用方式也逐步得到調(diào)整和改善，先后經(jīng)歷了蓄水?dāng)r沙、滯洪排沙、蓄清排渾三個(gè)時(shí)期。自水庫(kù)采用蓄清排渾調(diào)水調(diào)沙控制運(yùn)用方式以來，水庫(kù)配合防洪、防凌、灌溉、供水、發(fā)電等綜合利用進(jìn)行水沙調(diào)節(jié)，不僅保持了335m以下約58億m3的庫(kù)容，而且潼關(guān)高程在一定變幅范圍內(nèi)基本上保持了穩(wěn)定，控制了淤積上延，對(duì)于黃河下游河道淤積并沒有產(chǎn)生不利影響。實(shí)際資料表明，工程改建達(dá)到了預(yù)期效果，充分發(fā)揮了水庫(kù)的綜合效益，這為我國(guó)在多泥沙河流上修建工程、控制水沙、除害興利摸索了一條途徑。20世紀(jì)80年代末以來，隨著樞紐工程泄流設(shè)施和泄流能力的變化以及流域降雨量的逐漸減少、黃河干流新建水庫(kù)（如萬家寨、小浪底等水庫(kù)）的陸續(xù)投運(yùn)、沿黃工農(nóng)業(yè)用水量的增加和全河水量調(diào)度的實(shí)施，三門峽水庫(kù)運(yùn)用條件發(fā)生了很大變化。據(jù)對(duì)1919～1998年實(shí)測(cè)水沙資料分析，進(jìn)入70年代以來水量、沙量都有較大幅度減少，尤其是進(jìn)入90年代以來減少更大，水量較70年代減少近100億m3，目前在200億m3左右，沙量較30～60年代減少約50％，即8億t左右，這主要是降雨量偏少、工農(nóng)業(yè)耗水量不斷增加、龍羊峽水庫(kù)和劉家峽水庫(kù)的調(diào)節(jié)以及水利水保工程攔減一定的水沙等多種因素作用的結(jié)果。由于汛期和洪水期水量減少，河道水流輸沙能力大幅度下降，非汛期淤在主槽中的泥沙靠沿程沖刷和溯源沖刷已不能將潼關(guān)附近河段的淤積物全部沖刷出庫(kù)，無法使潼關(guān)以下庫(kù)區(qū)在年內(nèi)達(dá)到?jīng)_淤平衡，出現(xiàn)累積性淤積。受淤積上延作用，潼關(guān)高程緩慢上升，并引發(fā)了許多新的問題。這不僅影響三門峽樞紐綜合效益的發(fā)揮，而且直接影響三門峽庫(kù)區(qū)的防洪安全。作者長(zhǎng)期從事三門峽水庫(kù)庫(kù)區(qū)河床演變和水庫(kù)運(yùn)用方式的研究工作，針對(duì)三門峽水庫(kù)運(yùn)用方式的調(diào)整、潼關(guān)高程抬升對(duì)渭河下游防洪的影響以及降低或控制潼關(guān)高程措施等水庫(kù)泥沙問題，近十多年來系統(tǒng)開展了三門峽水庫(kù)水沙數(shù)學(xué)模型、水庫(kù)河床演變機(jī)理的研究。20世紀(jì)90年代初在清華大學(xué)水利系攻讀碩士研究生期間，在張仁教授的悉心指導(dǎo)下，研發(fā)了黃河中游一維水沙數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上承擔(dān)和完成了“八五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目專題“攔減粗泥沙對(duì)黃河中下游河道的影響”的子專題“黃河中游一維水沙數(shù)學(xué)模型研究與應(yīng)用”的研究工作；為了應(yīng)對(duì)黃河水沙條件的變化，在90年代還開展了三門峽水庫(kù)水電站汛期發(fā)電試驗(yàn)研究工作，對(duì)三門峽水庫(kù)的運(yùn)用指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，提出：在基本保持潼關(guān)以下庫(kù)區(qū)沖淤平衡和潼關(guān)高程穩(wěn)定的前提下，主要應(yīng)根據(jù)汛期入庫(kù)水沙特性，進(jìn)行科學(xué)調(diào)度，避免高含沙量時(shí)期發(fā)電，在較低含沙量時(shí)實(shí)行適度提高水位發(fā)電與間歇性降低水位排沙相結(jié)合，利用近壩段槽庫(kù)容作沖洗式沉沙池調(diào)節(jié)發(fā)電，盡量發(fā)揮水庫(kù)的綜合作用。

內(nèi)容概要

本書是有關(guān)三門峽水庫(kù)水沙數(shù)學(xué)模型、水庫(kù)運(yùn)用方式、潼關(guān)高程演變規(guī)律以及庫(kù)區(qū)河道泥沙問題的最新研究成果，主要內(nèi)容包括：三門峽水庫(kù)運(yùn)用基本概況及水庫(kù)河床演變特性；三門峽水庫(kù)水沙數(shù)學(xué)模型研究及應(yīng)用；潼關(guān)高程控制及三門峽水庫(kù)運(yùn)用方式的研究；潼關(guān)高程升降對(duì)渭河下游河道沖淤影響的研究；潼關(guān)河段清淤關(guān)鍵技術(shù)的研究；射流水力沖刷試驗(yàn)研究；北洛河改道入黃的效果分析；黃河小北干流放淤試驗(yàn)數(shù)學(xué)模型的研究與應(yīng)用。    本書可供水利研究人員使用，也可供相關(guān)水利工作者參考。

書籍目錄

前言第一章  三門峽水庫(kù)基本情況及庫(kù)區(qū)演變特點(diǎn)　第一節(jié)  三門峽水利樞紐基本情況　第二節(jié)  水庫(kù)來水來沙特點(diǎn)　第三節(jié)  庫(kù)區(qū)沖淤分布及不同運(yùn)用水位對(duì)庫(kù)區(qū)淤積的影響　第四節(jié)  潼關(guān)以下庫(kù)區(qū)汛期排沙規(guī)律分析　第五節(jié)  水庫(kù)不同運(yùn)用期潼關(guān)高程演變特點(diǎn)　第六節(jié)  主要結(jié)論第二章  三門峽水庫(kù)一維水沙模型研究及其率定與驗(yàn)證　第一節(jié)  黃河水沙數(shù)學(xué)模型發(fā)展概況　第二節(jié)  三門峽水庫(kù)一維水沙數(shù)學(xué)模型　第三節(jié)  關(guān)鍵技術(shù)問題處理　第四節(jié)  三門峽水庫(kù)水沙模型的率定與驗(yàn)證第三章  三門峽水庫(kù)汛期發(fā)電試驗(yàn)運(yùn)用方式的研究　第一節(jié)  三門峽水庫(kù)汛期調(diào)度基本特點(diǎn)　第二節(jié)  三門峽水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用方案　第三節(jié)  不同運(yùn)用方案計(jì)算成果分析　第四節(jié)  三門峽水庫(kù)運(yùn)用指標(biāo)的確定第四章  黃河三門峽水庫(kù)運(yùn)用方式及其影響的研究　第一節(jié)  問題提出與研究任務(wù)　第二節(jié)  三門峽水庫(kù)不同運(yùn)用方案計(jì)算　第三節(jié)  主要結(jié)論與認(rèn)識(shí)第五章  利用數(shù)學(xué)模型研究不同控制潼關(guān)高程對(duì)渭河下游沖淤的影響　第一節(jié)  問題提出與研究任務(wù)　第二節(jié)  不同控制潼關(guān)高程對(duì)渭河下游沖淤影響的分析計(jì)算　第三節(jié)  主要結(jié)論與認(rèn)識(shí)第六章  北洛河改道入黃效果數(shù)學(xué)模型分析計(jì)算　第一節(jié)  問題提出與研究?jī)?nèi)容　第二節(jié)  北洛河改道入黃對(duì)渭河下游減淤及潼關(guān)高程的影響　第三節(jié)  主要結(jié)論第七章  黃河淤區(qū)數(shù)學(xué)模型的研究及其應(yīng)用　第一節(jié)  問題提出與研究?jī)?nèi)容　第二節(jié)  淤區(qū)水沙數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證　第三節(jié)  淤區(qū)運(yùn)用方式計(jì)算結(jié)果分析　第四節(jié)  淤區(qū)數(shù)學(xué)模型改進(jìn)及率定　第五節(jié)  主要結(jié)論與建議第八章  三門峽水庫(kù)潼關(guān)高程演變對(duì)渭河防洪的影響及其對(duì)策研究　第一節(jié)  概述　第二節(jié)  潼關(guān)河床高程沖淤演變特點(diǎn)　第三節(jié)  潼關(guān)高程升降基本規(guī)律及發(fā)展趨勢(shì)　第四節(jié)  近期潼關(guān)高程居高不下原因分析　第五節(jié)  渭河下游近期來水來沙特點(diǎn)　第六節(jié)  渭河下游河道沖淤情況　第七節(jié)  近期渭河下游河道淤積對(duì)防洪的影響　第八節(jié)  潼關(guān)高程對(duì)渭河下游河道演變的影響　第九節(jié)  結(jié)論第九章  黃河三門峽水庫(kù)潼關(guān)河段疏浚技術(shù)分析　第一節(jié)  潼關(guān)河段疏浚的措施和目標(biāo)　第二節(jié)  疏浚河段　第三節(jié)  潼關(guān)河段清淤時(shí)機(jī)　第四節(jié)  潼關(guān)河段疏浚泥沙數(shù)量的預(yù)估　第五節(jié)  潼關(guān)河段清淤效果的初步分析　第六節(jié)  結(jié)論第十章  射流水力沖淤模型設(shè)計(jì)　第一節(jié)  引言　第二節(jié)  模型試驗(yàn)的目的和任務(wù)　第三節(jié)  河道天然狀況　第四節(jié)  野外射流沖淤試驗(yàn)設(shè)備概況　第五節(jié)  模型試驗(yàn)的總體考慮　第六節(jié)  模型相似基本準(zhǔn)則　第七節(jié)  模型比尺計(jì)算與選擇　第八節(jié)  原型量與模型量計(jì)算　第九節(jié)  試驗(yàn)設(shè)備規(guī)?！〉谑?jié)  射流水力沖淤模型試驗(yàn)初步試驗(yàn)結(jié)果　第十一節(jié)  結(jié)論第十一章  潼關(guān)河段清淤效果的初步研究　第一節(jié)  1996年洪水基本概況　第二節(jié)  用實(shí)測(cè)資料分析潼關(guān)河段清淤對(duì)洪水沖刷的作用　第三節(jié)  用水沙數(shù)學(xué)模型計(jì)算潼關(guān)河段清淤對(duì)洪水沖刷的作用　第四節(jié)  主要結(jié)論與建議參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

第一章　三門峽水庫(kù)基本情況及庫(kù)區(qū)演變特點(diǎn)第一節(jié)　三門峽水利樞紐基本情況一、樞紐工程規(guī)劃設(shè)計(jì)黃河以其含沙量高、難以治理而聞名于世。1955年第一屆全國(guó)人民代表大會(huì)通過了《黃河綜合利用規(guī)劃技術(shù)經(jīng)濟(jì)報(bào)告》，確定三門峽水利樞紐為第一批重點(diǎn)工程，計(jì)劃通過黃河中游水土保持和三門峽水庫(kù)大庫(kù)容攔洪作用，盡快解決黃河下游防洪、淤積問題。三門峽水利樞紐是黃河干流上修建的第一座大型水利樞紐，控制流域面積68.8萬km2，占黃河流域總面積的91.5％；控制了黃河干流三個(gè)洪水來源區(qū)中的兩個(gè)，占黃河總來水量的89％。三門峽水利樞紐工程大壩和水電站委托蘇聯(lián)電站部水電設(shè)計(jì)院列寧格勒分院設(shè)計(jì)，其余項(xiàng)目由國(guó)內(nèi)承擔(dān)。原設(shè)計(jì)指標(biāo)為：將1000年一遇洪峰削減至黃河下游堤防安全泄量6000m3／s，電站裝機(jī)116萬kW，設(shè)計(jì)正常高水位360m，總庫(kù)容647億m3，淹沒耕地325萬畝，移民87萬人。工程設(shè)計(jì)按“分期修筑、分期移民、分期抬高水位運(yùn)用”進(jìn)行。第一期工程按正常高水位350m施工，運(yùn)用水位340m，壩頂澆筑高程353m，相應(yīng)庫(kù)容354億m3。三門峽水庫(kù)遇1000年一遇設(shè)計(jì)洪水時(shí)，設(shè)計(jì)洪水位為335m，相應(yīng)庫(kù)容96.4億m3，同時(shí)決定按335m高程線移民。初期運(yùn)用后為確保陜西省西安市的安全和減少庫(kù)區(qū)淹沒、淤積損失，不再進(jìn)行樞紐工程大壩第二期工程。二、樞紐工程建設(shè)及增建、改建三門峽水利樞紐工程于1957年4月13日正式開工，1958年11月25日實(shí)現(xiàn)截流，1961年4月大壩全斷面修建至第一期壩頂設(shè)計(jì)高程353m，主體工程基本竣工。1960年9月，三門峽水庫(kù)開始進(jìn)行蓄水?dāng)r沙運(yùn)用，由于泥沙淤積嚴(yán)重，庫(kù)容損失過快，淤積上延，支流渭河行洪不暢，嚴(yán)重威脅到渭河下游防洪和西安市的安全，1962年3月決定將水庫(kù)運(yùn)用方式改為滯洪排沙運(yùn)用。1964年決定對(duì)樞紐工程進(jìn)行第一次改建，也稱增建“兩洞四管”工程，即在大壩的左岸增建兩條隧洞并改建四條原建的發(fā)電引水鋼管為泄流排沙鋼管。1966年7月～1968年8月“兩洞四管”相繼投運(yùn)。

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