乐滩水电站整体水工模型航道冲沙试验研究

布置有通航设施的水电站建坝后,通航建筑物的特殊布置位置及水力条件影响,引航道内发生泥沙淤积是较为普遍的现象,在枢纽布置设计及工程建设中是需要考虑及解决的问题之一。针对乐滩水电站船闸布置特点,通过水工物理模型试验进行研究,验证及分析了上下游引航道拉沙冲沙效果,经不同流量级及工况试验,对原方案反复试验验证和修改后,提出了较佳的排沙效果方案,并被工程设计采纳。     

黄河下游水沙条件对河道冲淤的影响

根据1950年以来黄河下游河道实测水沙资料,分析了黄河下游河道汛期淤积比与小浪底站径流量、输沙量、平均流量、平均含沙量和采沙系数的关系;根据2002-2008年小浪底水库8次调水调沙期间的实测数据,进一步分析了调水调沙时黄河下游河道水沙条件对河道冲淤的影响.结果表明:黄河下游河道汛期淤积比随小浪底站径流量或平均流量的增大而减小,随小浪底站平均含沙量或来沙系数的增大而增大;调水调沙期间下游河道均发生了冲刷,河道淤积比随来沙量、出库平均含沙量和来沙系数的增大而增大,随出库径流量和洪水历时的增大而减小;2007年汛后小浪底出库调控流量为3 600 m3/s、舍沙量为40 kg/m3时,下游河道基本达到冲淤平衡.     

黄河内蒙古河段水沙及河床演变特性变化分析

随着黄河上游河段水库联合运用及水土保持工程的实施,内蒙古巴彦高勒至头道拐河段来沙量大幅度减少,河道演变剧烈,研究该河段演变特性变化可为河道防洪、防凌及下游河段水库调水调沙提供技术支持。为此,基于实测水沙及地形资料,并通过输沙率法结合同流量水位及典型断面变化分析了该河段水沙变化特性、河道时空冲淤分布特性及河道冲淤与水沙条件的耦合关系。结果显示,研究河段近期来水来沙总量偏少,至2018年有所增多,河道整体表现为冲刷,2012—2019年河段累积冲刷2.7亿t,其中汛期冲刷1.96亿t,河槽刷深展宽,河床高程下降,局部表现为上游冲刷下游淤积,包头上游河段冲刷量约为3.59亿t,下游河段淤积量约为0.72亿t,汛期冲淤变化比较剧烈。结果表明,来沙量大幅度减少,致使水流含沙量不能满足水流挟沙能力是河段发生整体累积性床刷的主要原因。     

黄河下游河道未来冲淤趋势研究

进入21世纪以来,黄河中游产水产沙环境发生显著变化,潼关站实测来沙量大幅减少。在中游来沙减少和小浪底水库调水调沙运用的条件下,进入下游的泥沙主要集中在大流量洪水期,其他时段进入下游的水流以清水小流量为主。研究建立了不同时段下游河道冲淤量与水沙量的关系,计算了未来可能水沙条件下下游河道的冲淤趋势。结果表明:在未来年来沙量2亿~3亿t、来水量220亿~250亿m3时,利用4 000 m3/s左右大流量输沙,基本可以维持下游河道主槽不萎缩。     

三峡引航道冲沙方案研究

本文讨论了三峡引航道的冲沙方式和提高冲沙效率的措施。建议在冲沙闸的基础上，增加一条流量为1500m3/s的竖井式冲沙隧洞，同时，通过航道维护手段，控制冲沙水流，提高效率。建议三峡工程采用4000m3/s冲沙流量；汛期和汛末两次冲沙，分别冲刷上游和下游引航道，必要时小幅度降低三峡和葛洲坝库水位帮助增加冲沙效率，在航道边角和口门外，采取挖泥方式清除剩余淤积。     

不同时期黄河泥沙淤积灾害分析

在系统分析1950年7月-2005年6月不同历史时期黄河干流泥沙分布特点基础上,通过上游宁蒙河段河道冲淤量、主槽平滩流量,中游龙潼河段河道冲淤量、潼关高程、三门峡水库拦沙量、小浪底水库拦沙量,下游主槽冲淤量、滩地冲淤量、主槽平滩流量、二级悬河状况、以及出口断面沙量等参数的变化,综合分析了不同时期不同来水来沙条件下,黄河干流泥沙淤积及存在的问题,提出减灾建议。（HKY—JBYW一2007—06）     

长江宜昌至汉口河段输沙特性分析

通过对长江宜昌至汉口干支流水文站50年水文资料的分析发现，长江干流年水量变化不大，而年沙量变化很大，造成沙量增减变化的主要原因是荆江三口(藕池口，松枝口，太平口)分洪分沙、量的逐年减少、干流来沙及汉江丹江口水库蓄水运用引起的。本文还从沙量平衡法和断面法分析了宜昌至汉口河段的泥沙冲淤和输沙特性，发现城陵矶至汉口河段长期处于淤积状态，是上下游河段挟沙力平衡的一个调节河段。并预测三峡水库蓄水后下游年沙量将进一步减少。     

对三峡通航建筑物总体布置及冲沙措施的建议

为了改善三峡工程通航建筑物工作条件，尽量解决通航建筑物上下游引航道及船闸取水口的泥沙淤积问题，根据三峡坝区泥沙和通航模型试验结果，对三峡工程通航建筑物整体布置方案及冲沙工程措施提出以下建议：（１）枢纽运行前期３０＋２年，在永久船闸第一闸首上游修建６６０ｍ长的短隔流堤，在升船机上游引航道右侧设置长２５０ｍ的浮式导航堤；（２）枢纽运行至３０＋２年，视碍航趋势，续建全包隔流堤；（３）临时船闸停航后，可改建２孔５．５ｍ×９．６ｍ的冲沙闸；（４）在永久船闸和升船机之间兴建一条冲沙隧洞，加大冲沙流量并保护永久船闸的侧向取水口。     

黄河干流泥沙分布状况及存在问题

利用实测资料系统分析了1950.7-2005.6不同时期黄河干流泥沙分布特点。通过上游宁蒙河段河道冲淤量、主槽平滩流量,中游龙潼河段河道冲淤量、潼关高程、三门峡水库拦沙量、小浪底水库拦沙量,下游主槽冲淤量、滩地冲淤量、主槽平滩流量、二级悬河状况、以及出口断面沙量等参数的变化,综合分析了不同时期不同来水来沙条件下,黄河干流泥沙分布引起的问题。提出了有利于减轻黄河干流泥沙淤积灾害的建议。     

黄河小北干流河段水沙变化及冲淤特性

依据实测水沙及淤积断面资料,对黄河小北干流河段水沙变化及冲淤特性等进行了分析。结果表明:1多年平均进入黄河小北干流的水、沙量分别为295.3亿m3、8.07亿t,汛期水、沙量分别占全年水、沙量的54.5%、87.7%,多年平均含沙量为27.3 kg/m3;2用实测淤积测验资料计算的1960—2012年黄河小北干流累计淤积量为23.26亿m3,"汛期淤积,非汛期冲刷"是该河段的冲淤特性;3床沙粒径小于0.025 mm和小于0.050 mm沙重百分数沿程分布的特点是自上游向下游沿程逐渐增大,即床沙逐渐变细。     

金沟河引水枢纽分水排沙试验研究

对金沟河引水枢纽设计方案进行了系列模型输沙试验,观察了泥沙在上游河段、泄洪闸、冲沙闸及进水闸前后的淤积情况及泄洪闸、冲沙闸的闸门运行方式。结果表明:金沟河引水枢纽总体布置基本合理,主要存在闸墩、上游冲沙槽及导流堤高程不够,进水闸和冲沙闸底板相对高差偏大,上游冲沙槽内淤积严重,下游冲沙槽边墙高度不够等问题。经过分析,对模型进行了相应修改,取得了满意的效果,满足了引水、防沙及泄洪的要求。     

论三峡工程坝区河势与上引航道防淤堤布置

三峡工程坝区河道弯曲，河势变化比较复杂，水库蓄水后期泥沙淤积严重，对通航建筑物上引航道的水流条件带来极为不利的影响，难以保证船舶安全通畅，为此，必须正确处理坝区河民上引航道的关系，选择合适的上引航道布置方案。当前，上游引航道布置有“小包”、“大包”、“全包”三个方案。从保证安全通航，远近结合，有余地，并且可将临时船闸改建的冲沙闸包括在上引航道内，以“全包”方案有利，与此同时，填筑长堤缺口的技术措施     

Tradeoffs associated with sediment‐maintenance flushing flows: a simulation approach to exploring non‐inferior options

Sediment‐maintenance flushing flows designed to mimic the action of natural floods in removing the accumulated fine sediments from the channel and loosening the gravel bed have been increasingly proposed as an effective alternative in dam management and a required component of riverine restoration programmes. However, reservoir releases are generally associated with financial and environmental costs, thus it is highly desirable to specify flushing flows as accurately as possible. In this paper we present a simulation approach to evaluating flushing flows and exploring the tradeoffs associated with non‐inferior flushing options. A two‐fraction sediment routing model is used to simulate the gravel‐sand bed response to flushing flows. The results reveal that the sand cleansing effect propagates from upstream to downstream and from surface to subsurface. Under a steady gravel supply from upstream, an equilibrium state of gravel transport and bed degradation is eventually reached in the simulation reach. The flushing flow and sediment transport system investigated in this study involves a transient state variable (bed sand content), a decision variable (flushing flow discharge), a flushing goal (ultimate bed sand content), and three outcomes to be minimized (flushing duration, released water volume, and total gravel loss). A series of numerical simulations are carried out with a range of flows and pre‐flushing bed sediment conditions. The results reveal that the flushing efficiency is higher for the larger flow. However, for flows greater than ～100 m³/s the flushing duration is less sensitive to the flow discharge, thus the system may be simplified as a bi‐objective one. The gravel loss and water volume are two conflicting outcomes within the non‐inferior flow region. Under a worse bed sediment condition, the feasible flushing options are constrained in a narrower range and also associated with higher costs. The tradeoffs between the conflicting outcomes are quantitatively displayed with the transformed feasible solutions in the objective space. We provide here a general and practical approach permitting a quantitative evaluation of the different flushing options that is appropriate to the level of data typically available. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

乌斯图河渠首的排沙漏斗设计

乌斯图河底栏栅式渠首进入引水渠中的泥沙，是采用排沙漏斗进行二次处理的。排沙漏斗不同于其它型式的沉沙池，它具有竖向螺旋水流结构，能连续引水排沙；其排沙流量仅占漏斗设计流量的７％左右，排沙率大于９０％，是节水型的排沙设施，这对于干旱缺水的地区有着现实的意义。本设计考虑了上游引水渠和下游冲沙廊道布置对漏斗水流整体的影响。该工程自１９９２年建成至今，引水排沙效果良好。     

盘龙寺拦河闸枢纽引航道模型试验研究

盘龙寺拦河闸枢纽工程拟在右岸兴建引航道,需通过水工模型试验研究分析盘龙寺拦河闸枢纽工程通航建筑物的布置方式及上下游引航道口门区的通航水流条件。试验结果显示:在5年一遇洪水条件下,上游航道口门区纵向流速最大为1.33 m/s,横向流速最大为0.28 m/s,稍微超标;原方案下游引航道口门区在四种试验条件下均有不同程度超过规范要求,原因在于下游引航道口门区受河道弯道影响,航道中心线与河道主流存在夹角引起汇流不平稳。为了通航安全需在上游引航道局部段设置引航线,控制最大通航流量应设置为4 900 m~3/s。同时,提出了下游引航道口门区优化布置方案,改变下游引航道外侧导墙布置长度,将原来的末端40 m直线型导墙改为半径为50 m,偏角为16°,偏向河中央的弧线型导墙。改进后的方案有效地改善了下游引航道口门区附近的通航水流条件,流速符合内河航道通航规范要求。     

三峡升船机上游浮式导航堤长度优化研究

通航建筑物的导航建筑物长度的确定,除考虑设计船舶(队)的长度外,还应考虑风、浪、水流等因素的影响.三峡升船机上游引航道隔流堤布置方案改变后(即将冲沙闸包在上游引航道内)通航水流条件较原布置方案得以改善,从而进一步提出了优化升船机导航浮堤长度的必要性.为此通过有关模型试验论证,在满足安全导航和船舶(队)运行要求的前提下,三峡升船机上游浮式导航堤的长度,可由原250 m缩短至120 m,从而改善了浮堤结构的受力条件,并且大大地节省了工程投资.     

三峡水利枢纽坝区泥沙问题研究

多年的现场观测资料和理论分析及数学模型和实体模型试验等研究表明 :三峡枢纽运用后 ,坝区河势朝平顺微弯单槽态势发展 ;合理布置和运用排沙洞 ,可确保电厂长期正常引水 ;合理布置隔流堤和堤头位置 ,可满足或基本满足通航水流条件 ;采用”动水冲沙”辅助机械挖泥措施 ,可解决上下游引航道的泥沙淤积问题     

三峡水利枢纽坝区泥沙问题研究

多年的现场观测资料和理论分析及数学模型和实体模型试验等研究表明:三峡枢纽运用后,坝区河势朝平顺微弯单槽态势发展;合理布置和运用排沙洞,可确保电厂长期正常引水;合理布置隔流堤和堤头位置,可满足或基本满足通航水流条件;采用"动水冲沙"辅助机械挖泥措施,可解决上下游引航道的泥沙淤积问题。     

分汊河段船闸引航道整治试验研究

大洑潭枢纽位于沅水上游,处在山区限制性河道,其通航水流条件十分复杂,不利于通航。针对上、下游引航道口门区和连接段水流条件差、横流较大、洲尾通航困难及小流量下通航水深不足等问题,设计和修建大洑潭枢纽船闸整体物理模型,并结合船模航行试验,对船闸引航道口门区、连接段及洲尾处通航水流条件进行系统的试验研究。模型试验结果表明,船闸枢纽平面布置存在缺陷,上游船闸引航道口门区及连接段水流条件易受江心洲分汊口斜流影响,尤其左右两汊同时泄流下,船舶航行难度较大。整治方案采取加长导航墙和修建丁坝、顺坝及开挖航槽等措施进行试验研究,发现优化方案④下的通航、船模水流条件得到明显改善,确定了在该条件下的最大通航流量,并论证了在此方案下通航的安全性和工程可行性。