黄河小浪底水库运用以来的泥沙淤积特征分析

基于原型观测资料,分析了小浪底水库入库水沙、水库运用及相应库区泥沙淤积的变化特征。小浪底水库运用以来,平均入库水量为225.23亿m~3,沙量为3.19亿t,入库水沙与历史多年平均值相比显著减少;汛限水位和运用水位则逐步抬高,目前,前汛期和后汛期汛限水位分别为230、248 m。至2015年4月,库区泥沙淤积总量为30.48亿m~3,其中干流淤积量占总淤积量的80.9%;水库平均排沙比约为21.0%,库区淤积物从库尾至坝前沿程细化。库区干流淤积纵剖面基本呈三角洲形态,随着水库的运用,三角洲淤积形态缓慢向坝前推进;上窄下宽的特殊库区地形对调整库区淤积形态有利。库区横断面淤积形态初期为水平淤积抬升,后期宽河段库区则受坝前水位下降期脱离回水的影响,形成有滩、有槽的复式断面形态。库区支流淤积形式主要为干流倒灌淤积,纵剖面淤积形态总体呈锥体变化,横断面呈水平淤积抬升。分析库区泥沙淤积特征有助于小浪底水利枢纽的科学调度运用。     

白石水库库区交汇河段不同遭遇洪水淤积试验

以辽宁白石水库库区大凌河与牤牛河交汇流河段为例,基于模型试验,研究了干支流不同遭遇洪水所产生淤积量与淤积分布.结果表明,受到水库蓄水、支流牤牛河来沙量较大等因素影响,库区交汇河段发生淤积,而干支流洪水不同遭遇对淤积量及其分布影响十分显著:干支流洪水同时发生时交汇区淤积量最小,淤积主要集中在支流河段,淤积厚度沿程减小;干流洪水先于支流发生时交汇区淤积量最大,淤积厚度沿程先增大后减小;干流洪水晚于支流发生时,淤积发生在干流河道与交汇区内,表现出淤积范围大但厚度较小的特点.     

小浪底水库异重流持续运动条件的定量准则

异重流排沙是小浪底水库拦沙初期减少库区泥沙淤积的重要运用方式,异重流持续运动条件用于判断在不同水沙条件及库区地形条件下异重流能否运行到坝前而排出水库,是异重流排沙规律的主要研究内容之一.系统地总结了定性描述异重流持续运动条件的五方面内容,然后分析了现有异重流持续运动条件定量估计方法的不足.结合近年来小浪底水库异重流运行的观测资料,提出了用水流功率与库区平均水深定量表示异重流持续运动的临界条件,这种方法不仅考虑因素较为全面,而且能够充分反映库区地形特征对异重流持续运动的影响.     

洪水演进中支流倒回灌研究

在处理洪水演进过程中支流与干流洪水的相互影响时,以前的模型仅将支流流量迭加到干流同时刻的流量上,事实上,支流对干流洪水有调蓄作用,对陡涨陡落的溃坝洪水而言,这是不可忽视的重要因素。依据水量平衡原理及水流连续性条件,建立了支流蓄泄库容关系和支流倒回灌数学模型,将该模型应用于历史上某次垮山堵江溃决洪水,得到的计算结果与实测资料和洪痕数据相吻合。研究结果表明在干支流交汇口,干流流量变化速率越大,支流倒灌     

黄河调水调沙有关问题的探讨

总结了小浪底水库运用以来黄河调水调沙取得的重要成果;从小浪底水库拦沙运用变化及黄河下游河道冲淤变化两方面分析了当前小浪底水库调水调沙的运用条件;提出了今后黄河调水调沙应当关注的一些问题,如水库汛限水位、调水调沙调控指标、调水调沙运用思路等.     

不同水库干支流水体交换差异及成因分析

基于2018年3月19日小黑江库湾及糯扎渡水库干流水流、水温、浊度、电导率等监测数据,分析了糯扎渡水库小黑江库湾水动力特征及其成因,并与三峡水库香溪河库湾水动力特性进行对比分析.结果表明:糯扎渡水库干流水体从库湾表层和底层同时倒灌进入库湾,小黑江上游来流从库湾中层流向库湾下游;干支流水温差异决定了小黑江库湾分层异重流的形成过程.上游来流与库湾的水温差异是导致小黑江库湾上游来流和香溪河库湾上游来流以不同形式流出库湾的主要原因;干流水体水温分层结构的差异是导致糯扎渡水库干支流和三峡水库干支流水体倒灌形式不同的主要原因.     

水库异重流潜入点流速分布及其判别式改进

异重流潜入条件是描述异重流潜入运动的关键参量。异重流潜入条件中含沙量与潜入弗如德数为隐性关系,是由于以往研究对潜入点垂线流速分布未能给出适当的数学表达式。通过对异重流潜入点处垂线流速分布物理图形的数学分析,利用小浪底水库2004-2015年调水调沙期异重流潜入点资料,得到水库浑水异重流潜入动量修正系数理论值1.2,小浪底水库实测值为1.13,均为常数。在此基础上,对异重流动量修正系数进行水槽试验资料和实测资料验证,推导获得了新的水库异重流潜入点判别关系式,小浪底水库和三门峡水库实测资料计算结果表明,该流速分布可以描述潜入处的流速分布状况,新的潜入点判别式更符合实际。该成果可为小浪底水库调水调沙预案编制和数学模拟提供技术支撑。     

库区交汇流河段泥沙淤积特性研究

库区交汇流河段的泥沙淤积是河流再造床过程的突出表现,也是影响水库正常运行的重要因素之一.为了研究其对水库正常运行的影响,在总结现有交汇区泥沙冲淤变化研究成果的基础上,以辽宁大凌河白石水库为研究对象,分析不同来沙量、交汇角、干支流洪水特征对不同位置的库区交汇流河段泥沙淤积特性的影响.研究表明,位于常年库区的交汇流河段,在来沙量、交汇角、干支流洪水遭遇几率相同的情况下,其淤积幅度远大于位于变动回水区的交汇流河段;白石水库常年库区的牤牛河交汇区淤积强度较大,交汇区干流纵向上形成凸起的沙坎;沙坎的淤积发展将会给水库的正常运用带来不利影响.     

黄河上游高含沙支流入汇与交汇区淤积形态试验研究

黄河上游支流十大孔兑高含沙洪水入汇干流、在交汇区形成沙坝淤堵黄河是一种特殊的干支流交汇现象。通过模型试验对孔兑高含沙洪水入汇过程和交汇区沙坝淤积形态进行了初步研究。结果表明：相较于一般水流入汇,高含沙水流入汇造成的交汇口上游壅水程度更高,下游回流区范围更大;壅水区发生强烈的高含沙水流逆行扩散和异重流潜入运动,异重流运行长度是干流流量和干支流动量比的函数。壅水区形成具有倒坡降的楔形淤积体,回流区形成带状淤积体,水流偏转区和高流速带形成凹坑。支流总来沙量是影响淤积规模的重要因素,各部分淤积体几何特征与支流来沙量有很好的正相关关系。     

大化水库库区泥沙淤积现状及预测分析

通过大化水库不同运用期库区来水来沙的变化,分析了大化水库库区泥沙淤积现状情况,提出了采用典型水沙年来分析该水库淤积的方法,并用一维数学模型预测了不同水沙不同调度下水库泥沙淤积情况.计算结果表明在同等水沙条件下,降低库水位对于减少库区泥沙淤积是有利的.     

两步计算模式下的三门峡水库异重流模拟

摘 要：针对传统的水深平均异重流模型在实际应用中获取上游边界条件的困难,提出了两步计算模式下的水库明流与异重流耦合模型。浑水明流段与异重流段交替运算,利用潜入点弗汝德数与体积比含沙量的关系作为判别条件确定异重流段的上游边界位置与相应水沙条件,在设置下游边界条件时使用极限吸出高度公式计算异重流出流流量。采用该模型计算了三门峡水库两次异重流的形成、发展与消退全过程。模型预测的异重流潜入位置与观测结果一致,对库区内三个监测断面的异重流到达时间做出了较为准确的预测。计算的清浑水层交界面高程和含沙量过程与实测结果相符,模拟结果反映出浑水水库发生时异重流排沙效率降低的现象。因此该模型可用于水库异重流过程模拟和排沙方案设计。     

黄河小浪底水库水–沙–电耦合过程计算

小浪底水库是保障黄河下游防洪、供水等目标的关键性骨干工程,故研究小浪底水库优化调度方式对于水库塑造下游河道形态及排沙减淤等方面具有重要意义。本研究建立了小浪底水库水-沙-电耦合的优化调度模型,通过经济价值量化发电效益与水库排沙减淤效益,形成发电效益最大和综合效益最大两类优化目标;根据小浪底水库拦沙后期调度规程,对坝前水位、下泄流量、水轮机出力进行约束,并且采用动态规划逐日求解,分析了在不同优化目标下典型枯水年(2015年)与丰水年(2012年)的调度方案及其结果。结果表明：1) 当优化目标为发电效益最大时,2015年和2012年的优化方案分别实现了71.30亿kW·h和102.15亿kW·h的发电量;2) 当综合效益最大为优化目标时,2015年的优化方案可实现排沙量0.31亿t与发电量70.17亿kW·h,而2012年的优化方案可实现排沙量1.66亿t与发电量95.24亿kW·h;3) 两种优化目标都实现了综合效益的提升,而以综合效益最大为优化目标时,牺牲部分发电效益来换取汛期库区冲刷,增加了水库使用寿命与水库排沙减淤效益,相较实际方案进一步提升了综合效益;4) 两个典型年份的优化方案均较实际调度结果实现了发电效益与综合效益的提升,且丰水年的提升更为明显。此外还针对典型年份现有调度方式,提出了相应的优化建议。     

小浪底水库异重流潜入点区特性分析

利用异重流排沙是小浪底水库减少水库淤积、延长水库寿命的一条重要途径.分析了小浪底水库异重流潜入点的形成条件及水力学特征,分析了潜入点区流速、含沙量垂向分布特点,并提供了小浪底水库各年异重流测验数据.可为水库防洪决策、水量调度和下游河道减淤等提供参考.     

小浪底水利枢纽两岸坝肩山体渗漏原因与对策

分析了小浪底水库蓄水后坝址两岸山体基岩产生渗漏的原因,介绍了工程采取的渗控措施、调水调沙及利用异重流加速坝前淤积等治理措施,防渗效果明显.     

水沙两相流ASM模型在浑水异重流计算中的应用及模型试验研究

挟沙水流与清水相遇时,由于前者的密度比后者大,在条件合适的时候,挟沙水流就会潜入清水底部继续向前流动,形成浑水异重流,是泥沙运动的一种特殊形式。本文基于水沙两相流理论,将含沙浑水作为一相均匀流体处理,引入相间滑移速度的概念,建立混合相连续方程、动量方程、第二相的体积分数方程和相间相对速度方程的ASM（Algebraic Slip Mixture）两相流模型,并耦合求解水动力学计算的标准k-ε方程组。本文还介绍了针对异重流研究设计的多相流试验水槽及模型试验方法,对ASM模型计算的结果进行试验验证并分析模型适用条件。结果表明：该模型可以对异重流潜入,前锋形态及推进速度进行有效模拟;对Re数大于2000及含沙量高于1kg/m3的异重流条件可以进行较精确的模拟。研究为深入了解水库、湖泊及河流入海口水沙异重流问题提供了新的途径。     

金沙江下游溪洛渡与向家坝水库浑水异重流研究

金沙江 是长江的主要产沙区,其泥沙主要产生在下游雅砻江汇口至屏山区间。溪洛渡与向家坝水库是金沙江下游重要的巨型水库,水库蓄水后可能形成异重流。为通过调度手段利用异重流排沙,有必要对两水库的异重流运动规律进行研究。本文采用水沙两相流ASM模型,对两水库不同调度方式下的异重流产生条件进行模拟和预测,探讨了异重流前锋运动规律。研究表明：溪洛渡与向家坝水库在正常蓄水位发电运行条件下均难以形成稳定运动的异重流,而在汛期运行时,一定的流量范围内,当入库浑水含沙量突增1.0kg/m3以上时,会形成异重流,异重流的前锋运动速度与含沙量线性相关,与河床比降无明显关联,该结论对异重流调度的决策有一定的支持作用。     

小浪底水库运用初期黄河下游河道冲刷模拟计算

采用小浪底水库运用后的1999年11月至2002年10月水沙系列对已建立并运用多年的黄河准二维泥沙数学模型进行验证计算，河床冲淤变化、断面形态调整、洪水演进及洪水位变化、床沙与悬沙交换等各方面的计算结果与实测资料基本吻合。这说明该模型适用于因小浪底水库运用而水沙条件发生重大变化的黄河下游，该模型可在今后小浪底水库运用方式的比选、黄河下游河道治理及下游防洪决策等工作中发挥其模拟和预测的作用。     

黄河下游河槽横断面宽深比变化规律及河型判别研究

黄河从上世纪70年代，特别80年代中期以来，河槽萎缩严重，平滩河宽和宽深比减小。研究结果表明下游河槽的变化主要受来水来沙和上游水库运用方式的影响较大，用河型判别指标。预估了小浪底运用后黄河下河槽可能的变化趋势。