黄河汛前调水调沙小浪底水库减淤影响因素分析

针对小浪底库区顶坡段冲刷形成的异重流和三门峡水库排沙形成的异重流这两个不同成因的异重流,通过水库边界条件、入库水沙条件、水库调度等因素分析,探讨了其各自的形成及其能达到小浪底水库减淤作用的条件和机理。结果表明:三门峡水库前期蓄水量及清水大流量泄放过程对小浪底水库异重流前锋形成及排沙起着关键作用;对接水位接近或低于小浪底水库淤积三角洲顶点高程,与三门峡水库大流量下泄过程相对应时,可提高冲刷型异重流的排沙效果;三门峡水库从加大泄量开始到基本泄空期间,尽可能降低小浪底水库库水位。     

水库异重流研究进展

在水库运用初期,水库具有较大的蓄水体,大多时段会发生异重流,即使有水库运用后期,只要条件允许,也可发生异重流,利用异重流排沙是一项效率较高的排沙措施.水库的河床比降陡,底部流速大,异重流沿途扩散损失少,加之泄水洞进口位置低,所以能大量排泄入库泥沙,减少水库淤积.因这种排沙不需要降低库水位供水排沙,能大量减少水库排沙用水,提高水库灌溉,城市供水,发电和调水调沙能力.介绍了水库异重流排沙研究存在的问题和对未来工作的展望.     

小浪底水库异重流排沙期下游洪峰增值特性分析

结合历年黄河下游小浪底、花园口站水沙过程实测资料,重点分析了历史上"04.8"、"05.7"、"06.8"、"07.7"、"08.7"、"10.7"几场洪峰增值典型洪水的演进特征,总结了小浪底水库异重流排沙期高含沙洪水在黄河下游演进过程出现洪峰增值的内在特性。结果表明,减小异重流排沙前期基流条件和减缓出库含沙量的变化梯度,黄河下游河道的洪峰增值量将会得到明显减小。黄河下游洪峰增值最大增值发生在花园口站附近或其上游河段,花园口以下未再发生洪峰增值现象。     

异重流排沙在解决水库泥沙淤积中的应用

水库泥沙淤积大部分是由汛期浑水造成,从浑水运动特征--异重流出发,分析了异重流的发生和持续条件,异重流孔口的出流及排沙情况,总结得出异重流特性,找到利用异重流排沙来减少水库泥沙淤积的途径.     

小浪底水库浮泥层水动力学特性初探

小浪底水库在近库底形成浮泥层后不仅涉及本次洪水泥沙输移,而且对后期洪水泥沙输移产生影响。目前人们对水库浮泥层水动力学特性从未开展过研究,因此对该问题进行深入分析,对水库淤积及排沙具有重要意义。本文采用理论分析和试验相结合,重点研究小浪底水库浮泥的形成过程、流变特性、平衡坡度以及起动特性。结果表明：小浪底水库浮泥是接近水库底部的一层高含沙水体,它与上层水体间有明显的界面,且具有很大的流动性;其宾汉极限剪应力、刚度系数、平衡坡度都与容重有着密切的关系;在水库坝前排沙底孔打开的情况下,后期洪水产生的能量足够大时,可将浮泥层重新起动并排沙出库。     

三峡水库减淤调度方案探讨

三峡水库蓄水运行以来虽然入库沙量与设计论证阶段相比明显减小,库区泥沙淤积大为减轻,但近几年三峡水库进行了大量的优化调度与实践,导致变动回水区泥沙淤积有所加大,加之随着库水位的逐步升高,库尾一些重点河段局部出现累积性淤积,影响航行安全,泥沙问题仍是社会广泛关注的焦点。因此,在分析三峡水库蓄水运用以来泥沙淤积和水库运用特性基础上,初步提出了汛期开展沙峰排沙调度、蓄水期优化水库蓄水进程、消落期开展库尾减淤调度的三峡水库减淤调度方案,为优化三峡水库调度运行方式,有效控制水库淤积,延长水库使用寿命提供参考。     

小浪底水库异重流潜入条件研究

针对水库异重流的运动特性,对近年小浪底水库潜入特征进行总结,探讨了模型试验和原型中流态组合与异重流潜入条件关系,总结了异重流潜入临界水沙条件,并得到了悬移质含沙量对异重流潜入的影响初步关系式,研究成果在后期生产实践中得到了广泛应用。     

水电站水库泥沙淤积的二维数学模型

通过二维数学模型模拟水电站水库泥沙淤积情况,模拟河段起于大坝上游约600 m,止于大坝下游约400 m.计算断面在1∶2 000地形图上剖分20个库区大断面,断面平均间距500 m,并通过模型试验论证数学模型模拟水库泥沙淤积变化可行性.结果表明:水库泥沙淤积形态为三角洲淤积形态,水库运行历时1 a,三角洲洲头不断地向下游前进,最终到达坝前,坝前泥沙淤积高程达1 347 m,而水库泥沙淤积则向库尾高边滩发展,“翘尾巴”现象明显.水库运行1 a后,排沙比均稳定在90%以上,水库冲淤达到平衡后,采用“蓄清排浑”的运行调度方式冲沙,在泄洪冲沙底孔前形成冲刷漏斗,漏斗为三维形态,漏斗顺水流方向坡降约为1∶5.0~1∶7.0,侧向边坡约为1∶3.5~1∶4.5.取水口基本在冲刷漏斗范围内,能保持取水“门前清”.泥沙淤积的数学模型与模型试验成果基本吻合,数学模型模拟水库泥沙淤积变化可行的.     

小浪底水库运用对下游引黄灌区的影响

小浪底水利枢纽工程投入运用以来,下游河道的来水来沙条件发生了改变,下游引黄灌区面临着新的形势。分析了小浪底水库建成前后下游河道水沙和边界条件的变化,研究了下游引黄灌区在新条件下所面临的有利与不利因素。研究表明,小浪底枢纽建成后有利于缓解下游水资源供需矛盾,在一定程度上改善了下游生态环境。在水库蓄水拦沙初期,下游灌区引水中的泥沙含量大幅降低,灌区引沙量明显减少。另一方面,由于水库的拦沙作用下游河道来沙量减少,造成边界条件改变,有可能引起灌区引水条件恶化和粗沙入渠加剧淤积的问题。     

黄河下游典型河段分滞洪模式研究

通过动床模型试验,研究了黄河下游典型河段不同量级漫滩洪水在不同边界条件下的冲淤特性,对河道最优量级洪水泥沙调控技术进行了研究,探寻了黄河下游漫滩洪水泥沙过程控制及分区滞洪沉沙的可行性方案。结果表明:对于规划边界条件下最大洪峰流量为8 000 m3/s的洪水过程主槽冲刷量效果最好,且洪水可控性好,滩区淹没面积较小。若黄河下游遭遇大漫滩洪水,小浪底水库可控制下泄洪峰流量为8 000 m3/s。在夹河滩-高村河段,对应滩区运用方式,可开启东明滩、长垣二滩的滞洪沉沙,淤滩刷槽。     

引水渠道口门泥沙淤积计算

引水渠是一种常见的河道分流形式，由于主河道与引水渠之间往往有一定的夹角，水流从分汊前主河道流入引水渠时必然在一定的范围内发生一定程度的弯曲，其结果是有利于较多较粗的泥沙分入引水渠，导致渠道口门产生较为严重的淤积现象，而渠道口门淤积问题是决定引水工程是否成败的主要因素之一，通过一维非恒定流水沙沙数学模型，研究了不同水沙条件下引江济汉工程引水渠道口门泥沙淤积厚度变化规律，并分析了糙率对口门淤积厚度的影响情况，模型的计算结果与水流运动规律相吻合，可以为渠道引水防沙设计提供技术支持。     

关于浑水管道输水系统临界不淤流速的试验研究

我国北方渠灌区多以多泥沙河流为水源,管道淤堵问题是影响管道输水灌溉技术在渠灌区推广应用的制约因素之一。而解决浑水管道泥沙淤堵问题的关键在于其临界不淤流速的确定。根据我国浑水渠灌区泥沙特点和运行实际,以泥沙运动力学为理论基础,利用管道输水试验系统,对不同含沙量下的临界不淤流速进行了系统试验研究,得出临界不淤流速经验公式,为浑水渠灌区管道输水系统防淤堵提供了理论依据。     

高含沙水滴灌技术研究

滴头堵塞是滴灌系统运行中的一大难题,对于高含沙水来说更为突出.针对多泥沙河道取水时引水必将引沙的现状,在分析了我国主要河道水沙分布特点的基础上,结合天然河道"水小沙少、水大沙多"的特点,提出了明暗结合式取水模式,采用枯水期明引与洪水期暗引相结合的方式,为解决多泥沙河道取水提供了新思路.利用研发的小型移动式过滤设备、简易过滤装置、可拆式灌水器等高含沙水滴灌专用设备进行组装配套,形成了适合于高含沙水的滴灌系统,使系统配套性能和运行效率均得以提高.与现有滴灌系统相比,系统造价大幅降低,堵塞率控制在5%以内,为解决高含沙水滴灌系统的易堵塞、投资高的难题提供了新途径.     

新疆卡拉贝利水库泥沙二维数学模型坝前冲刷计算初探研究

新疆南疆地区水库由于建库初期蓄水运行,库容快速淤损,虽然改变了运用方式,库区仍淤积严重。结合实际工程以水流运动方程及经过作者修正的泥沙运动方程为基础,同时引入与实测资料相符合的水流协沙力、动床阻力、泥沙级配等计算公式作为补充方程,构造出新疆卡拉贝利水库泥沙淤积二维数学模型,运用该模型对卡拉贝利水库进行坝前冲刷计算初探研究,并进行了模型验证,以达到模拟水库泥沙淤积的目的。     

引黄灌渠泥沙迁移特性与渠道挟沙力模型试验研究

【目的】探索灌渠泥沙迁移特性及泥沙级配的沿程变化规律,找出减少渠道泥沙淤积的方法,保障灌区正常运行。【方法】通过对尊村灌区典型干渠高含沙水流实时监测采样,分析了悬移质泥沙沿程含沙量变化及级配特征,并根据实测数据带入4个典型挟沙力公式,筛选出适合尊村灌区的挟沙力公式,进一步改进得到尊村灌区渠道挟沙力计算公式.同时,通过一干渠改造段实测数据,推求出一干渠冲淤平衡比降计算公式。【结果】不同粒径泥沙的输移特性不同,总干渠悬移质含沙量随来水含沙量的增加而增加,渠道淤积主要与粉粒和砂粒量有关,其中砂粒对来水含沙量的变化表现得最为敏感,而黏粒更多的被水流带走,渠道由非平衡输沙经冲刷、淤积达到冲淤平衡输沙的过程比较缓慢。同时沉沙池能有效地减小引水中砂粒量。二干渠末清淤修缮段依旧存在泥沙淤积问题,一干渠剩余未改造部分,在条件允许的情况下,建议增大比降。【结论】含沙量在2 kg/m3内时,一级站来水量在8 m3/s左右,渠道基本实现冲淤平衡。     

塔里木河河床演变和河道整治分析

塔里木河位于塔克拉玛干沙漠，其河床演变和河道整治对保护塔里木河具有重要的意义。通过水沙特征分析，塔里木河年输沙量变化与年径流量的丰枯变化相应；输沙量和径流量年内高度集中，最大四个月出现月份基本一致，最大四个月的年内集中程度均大于70%。经过河床稳定性计算，上游阿拉尔站和新渠满站纵横断面不稳定，中游大坝站相对稳定。从河道冲淤变化来看，淤积量大于冲刷量，河床总体趋势为抬升；由于上中游河道断面变化频繁，洪水漫溢严重，必须进行河道整治。针对塔里木河的特点，提出了河道整治措施，分析了河道整治对生态环境的影响，探讨了生态环境保护的对策。     

黄河河龙区间洪水泥沙关系分析

【目的】深入了解近年来黄河泥沙变化规律,保障引黄工程的安全运行。【方法】对2006—2015年黄河吴堡、龙门水文站洪水特征资料进行了分析研究,【结果】月最大含沙量大于10 kg/m~3时段集中在3月桃花汛和汛期(6—9月),汛期泥沙量远大于3月水平,同期龙门站最大含沙量水平高于吴堡站;洪水过程径流总量与含沙量相关性并不显著;河龙区间上下游泥沙输移过程存在一定相关性,但龙门站较吴堡站更多呈现自然河道属性。【结论】黄河突发增沙原因不只局限于洪水激增,黄河调水调沙等人类活动对水流携沙突增影响不容忽视。不同水文站局部性暴雨所形成的短历时增沙现象的水文系列过程呈现随机性。     

引黄灌区侧向取水口泥沙淤积和入渠特性

以内蒙古磴口引黄扬水灌区为研究对象,根据4个灌水期泵站开、停泵时取水口前的泥沙淤积厚度以及运行期间取水流量和入渠含沙量的检测结果,研究了取水口泥沙淤积特性和入渠特性.结果表明,流速比和取水口分流宽度是影响泥沙入渠的主要因素.流速比越小,取水口分流宽度越大,横向环流作用越强,推移质入渠量越大.侧向取水的泵站,取水主流区偏向下游,当流速比增大时,取水主流区更偏向下游.在平面回流和横向环流的共同作用下,取水口推移质入渠量呈现下游大于上游的分布.取水口前设置拦沙坎可以有效地阻止推移质入渠,拦沙坎顶部设在距自由水面1.6 m以下,既可以极大地减少泥沙入渠,又可以获得较好的水流流态,防止水泵空化、气蚀.     

人类活动影响下长江上游水沙条件变化趋势

长江是中国最重要内陆水运通道之一。近年来,人类活动(梯级水库建设和人工采砂)严重影响了长江上游河道河床演变规律。通过分析长江上游2005至2017年的水沙实测资料,对比长江上游梯级水库联合运行前后(2012年前后)发现,梯级水库群下游年内水文过程与泥沙输运量受水库群运行的影响较大。梯级水库拦沙作用使长江上游河段年均推移质和悬移质较水库群建成前分别减少了87%和98.5%,水库群下游泥沙补给大幅减小引发河床冲刷、粗化,河床表层床沙中值粒径较水库群建成前明显增大。人工大面积采砂破坏长江上游河道河床粗化表层,形成局部挖沙坑,造成河床形态异常演变。总体来看,梯级水库清水下泄与采砂监管将使水库群下游河道表层粗化层更加稳定,河床演变逐渐趋近稳定。     

浑水管道淤堵机理及防淤堵技术研究

我国北方渠灌区多以多泥沙河流为水源,管道淤堵问题是影响管道输水灌溉技术在渠灌区推广应用的制约因素之一。而解决浑水管道泥沙淤堵问题的关键在于确定其临界不淤流速及与之配套的工程技术措施。结合国家“863”研究课题部分成果,根据北方浑水渠灌区特点和运行实际,分析研究了浑水管道淤堵机理,提出了一整套行之有效的管道防淤堵技术措施,并结合工程进行了示范,取得了良好的效果。