一维非饱和不平衡输沙异重流数学模型研究与应用

提出采用一维非饱和不平衡输沙异重流数学模型于水库泥沙淤积计算,模型考虑每一断面不一定刚好等于其水流挟沙力、不一定处于饱和状态,以及冲淤过程中悬移质粒配河床粒配的变化。用此数学模型对黄河潼关到三门峡水库泥沙冲淤进行了计算,通过分析可知该模型是可靠的。     

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。     

论水库调沙中的引浑淤灌

我国的水库灌溉面积占全国灌溉总面积的35％,水库泥沙淤积问题,严重地威胁着水库的寿命,水库调沙运用,是现阶段防治水库淤积的有效途径。引浑淤灌,将水库泥沙处理与农田灌溉有机结合起来,不仅使出库泥沙得到妥善地处理,确保了水库调沙方式能长期运用,通过淤灌农田,促进了农业生产的发展。 本文分析了水库工程在我国灌溉事业中的地位及泥沙淤积对水库调蓄能力的影响,并着重论述了引浑淤灌的特点、技术和效益。我国出库泥沙处理的成功经验,引浑淤灌已受到世界各国的重视。     

不同年份水沙系列下水库泥沙淤积变化分析

泥沙淤积会引起库区水位抬高,侵占调节库容,造成库容损失,降低水库的调节能力。针对云南省大多数山区河道中泥沙量受季节影响强、泥沙粒径变化幅度大、河流走向弯道多、恒定一维均匀流数学模型不能真实反映水库泥沙淤积的情况。因此,本研究采用武汉水利电力大学研制开发的susbed-2一维恒定非均匀流输沙模型计算不同年份水沙系列下水库泥沙淤积变化。结果表明,水库泥沙淤积的总体形态基本服从带状淤积规律,泥沙淤积最为剧烈的区域为坝前,泥沙淤积发展速度较快的时段主要是第1年,此后水库泥沙淤积速度逐渐变慢。1998年水沙系列下水库泥沙累计淤积量较大,1992—2001年水沙系列下水库泥沙累计淤积量较小,泥沙累计淤积量总体呈增加趋势。与1992—2001年相比,1998年水沙系列由于入库沙量不同,淤积量也有所不同,历时2～3 a后,不同水沙系列下的排沙比均稳定在90%以上,变化范围在90%～102%,水库基本达到平衡。     

基于GIS的多年土壤侵蚀对安基山水库淤积的影响

为研究多年土壤侵蚀变化对下游水库淤积影响,以安基山水库为例,分析2007-2011年5a间流域上游土壤侵蚀对水库淤积情况。基于RS遥感影像数据获取流域内的植被和土地利用信息;收集降雨和土壤数据;以流域DEM数据为基础利用ArcGIS表面分析功能提取流域内的坡度和坡长等数据;在通用土壤流失方程USLE基础上建立流域土壤侵蚀定量检测模型。应用ArcGIS空间分析技术对水库2007-2011年土壤侵蚀量进行定量估算,统计和分析安基山流域土壤侵蚀强度分布及其动态变化规律,以此研究水库多年拦沙率及淤积量。分析结果是:强度侵蚀主要发生在流域中下部,2007年土壤侵蚀最为严重,2008年土壤侵蚀最弱且水库拦沙率最大,2007年和2011年水库泥沙淤积量最多,2008年水库泥沙淤积量最少。该方法可为土壤侵蚀防治和水库泥沙淤积治理提供指导作用。     

基于欧拉固液两相流模型的泵站进水侧流场三维模拟

针对泵站过水建筑物中出现大量的泥沙淤积和不良流态,基于欧拉固液两相流模型对大型泵站进水侧流场进行三维CFD数值模拟.数值模拟结果表明,泵站原始的布置方案会引起低速区、漩涡以及回流等不良的进水流态,会导致在泵站前池出现泥沙淤积的现象.为了改善泵站进水流态和减少前池的泥沙淤积,对泵站分水堰形状进行修改并在引渠段加设整流底坎.数值模拟结果显示,通过对泵站原始布置方案的修改,消除了前池内的回流,漩涡的范围也有所减小,泥沙淤积的现象得到了较大的改善,水流中的泥沙体积分数平均减少了13％.     

正态漏斗附近水沙数值模拟

针对水库淤积问题,设计了一种正态漏斗排沙装置,在水槽中开展水流试验。对正态漏斗附近水流-泥沙进行欧拉两相流模拟,用水流试验数据对数值模型进行验证,进而分析了不同边界条件下流速、涡量和相浓度场。结果表明,漏斗内部流速梯度较大,泥沙相浓度等值线呈V型不对称分布,漏斗前缘、左后侧和右后侧出现大涡量区。与锥形漏斗对比,正态漏斗近壁面流速大,水流阻力小,3种边界条件下平均涡量减小25.8%～27.2%,出口泥沙相浓度增大15.2%～16.5%,具有降低能量耗散、显著提高排沙效率的作用。     

考虑矿砂淤积的尾矿坝溃坝洪水数

为模拟尾矿库溃坝稀性泥石流的演进, 在溃坝洪水数学模型的基础上,加入非恒定流输沙方程,建立能同时模拟水流和泥沙运动的平面二维溃坝水流泥沙数学模型。最后将该模型应用于云南某尾矿坝溃坝后的洪水演进及矿砂在下游的淤积过程,模型计算结果可为灾后影响评估及预防措施制定提供依据。     

行洪河道整治工程模型设计与试验研究

针对沂河整治工程初设方案和第 2设计方案 ,对沂河开挖中泓后行洪及泥沙淤积情况进行河道模型试验 ,研究河道行洪水流特性和泥沙淤积规律及其影响因素以及因白马河出口上移引起的水流变化及泥沙淤积变化。该研究成果可为行洪河道规划设计和整治工程提供可靠依据     

行洪河道整治工程模型设计与试验研究

针对沂河整治工程初设方案和第2设计方案，对沂河开挖中泓后行洪及泥沙淤积情况进行河道模型试验，研究河道行洪水流特性和泥沙淤积规律及其影响因素以及因白马河出口上移引起的水流变化及泥沙淤积变化。该研究成果可为行洪河道规划设计和整治工程提供可靠依据。     

滴灌毛管泥沙分布与灌水器堵塞试验研究

为探明滴灌毛管泥沙分布及灌水器堵塞规律,通过对8种粒径的泥沙进行短周期浑水试验和堵塞试验,研究了泥沙在不同毛管分布和灌水器堵塞规律。结果表明:泥沙在不同毛管中淤积量的不均匀程度可以通过毛管淤积分布系数来衡量;泥沙在支管中的运动状态对进入毛管中的泥沙量影响很大,通过计算支管泥沙悬浮指数,可确定泥沙在不同毛管中的淤积状况,悬浮指数越大,泥沙在各毛管淤积量越不均匀,突变发生在悬浮指数等于0.325处;大颗粒泥沙在毛管底部以推移质形式运动,是造成灌水器突然堵塞的直接原因,且主要出现在第1、2条毛管中,而细小颗粒的絮凝作用是造成灌水器逐渐堵塞的主要原因。     

Modelling scenarios to identify a combined sediment-water management strategy for the large reservoirs of the Tuyamuyun hydro-complex

This paper introduces a combined modelling approach using a simple water budget model (THC-model) and a 3D reservoir sedimentation model (MOHID Water) to adapt reservoir operation and visualise their effects on the sediment deposition. By this, an effective combined sediment-water management can be identified under semi-arid conditions for dry, median and wet years. Results are presented for the reservoirs of the Tuyamuyun Hydro-Complex (THC), which is located in the lower Amu Darya River. The determination of the actual and usable reservoir storage volume shows that siltation will significantly adversely affect the ability of the in-stream Channel Reservoir to regulate seasonal demand for both irrigation and municipal water supply. However, modelling scenarios results confirm the effectiveness of adapted operation rules for the THC reservoirs and show that the operation of large dams could be modified according to a combined sediment-water management. The experience gained during this study emphasizes the fact that the concept of a combined reservoir management of sediments as well as water can be an efficient measure to improve the sustainable long-term use of reservoirs and to contribute towards a safe water supply in water crisis regions.     

水沙因子对小浪底水库异重流排沙影响分析

2004-2010年黄河干流汛前水库群联合调度、人工异重流塑造进行了7次,小浪底水库各年份异重流排沙比相差很大,排沙效果并不理想。通过深入分析,得出小浪底水库入库水沙、悬沙细颗粒含量、河堤站水沙变化以及三门峡水库调度与潼关来水组成等因素对水库异重流排沙的影响。结果表明:①入库水沙对小浪底水库异重流塑造起着关键作用;②在异重流塑造期间,入库沙量中细颗粒泥沙含量越高,异重流排沙比就会越大。随着异重流排沙比的增加,分组沙的排沙比也在增大,细颗粒泥沙增加幅度最大;③三门峡水库在下泄大流量清水的过程中,河堤以上河段是冲刷的;在敞泄排沙的过程中,河堤以上河段有冲有淤,在实际操作时可适当控制三门峡出库高含沙水流,来减少河堤以上河段的淤积,提高小浪底水库异重流排沙效果。     

多目标决策方法在水库生态规划中的应用

为了在水库生态规划中成功应用多目标决策方法，以新疆喀拉哈巴克水库为例，运用系统分析方法，对水库生态区域的界定和规划目标的分析、评价及决策提出了理论模型，并为喀拉哈巴克水库的生态规划提出了决策依据。目标函数为单位用地投资最小而收益最大。     

高含沙水泵站前池扩散角试验与分析

泵站正向进水前池扩散角大小是影响正向进水前池水流流态及池长的主要因素,通过盐环定扬黄工程三泵站水工模型试验,观测正向进流前池不同水沙条件、不同工况下泵站进口流态、流速分布、前池的淤积形态。在前池进口扩散角20°、25°、30°、35°4种工况下,结果表现为:主流带流速值随着扩散角增加而增大;前池两侧淤积厚度大于中部,含沙量越大,前池淤积厚度越大;相同水沙条件、运行相同时间,扩散角越小淤积量越大;泵站前池前池扩散角25°和30°的布置较合理,水流、淤积等综合表现较好。     

引黄灌区首部枢纽泥沙输移特性与流速试验研究

为了探究引黄灌溉枢纽挟沙水流沿程含沙量变化规律和悬移质泥沙的垂向分布规律,推求首部枢纽有害泥沙悬浮的临界不淤流速,阐明减少有害泥沙引入的措施与方法,以提高输配水利用效率.以山西尊村灌区为主要研究对象,通过对一级站首部枢纽2019年5—7月取黄河水样及工况、断面流速、水深、水面宽度数据监测,分析了泥沙含量、沉起流速,采用马尔文Mastersizer 3000仪器处理分析了粒径级配,修正了适用于尊村灌区首部枢纽的挟沙力、扬动流速公式.结果表明：干渠黄河水泥沙含量与来水工况呈正相关;尊村灌区所引黄河泥沙粒径以0.006～0.200 mm为主;尊村灌区淤积与黄河口流速及粒径大小密切相关.建议增长泵前黄河口输水距离,流速控制在0.30 m/s左右,同时对引水口清淤;干渠以大于2.06 m/s流速定时冲刷.实际运行中单机组工况应控制在7.50 m³/s左右以减少有害泥沙引入,干渠流速控制在0.42 m/s左右,输配水效率最高.     

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.     

清河水库水文特性探究

根据清河流域的水文观测站的历年水文资料,对清河水库的年径流、设计洪水及泥沙进行了分析,为今后清河水库的完善及加固提供科学依据.     

沮漳河下游洪水遭遇地区组成规律

漳河水库由观音寺和鸡公尖两个水库以明槽渠道组成，涉及入库洪水的两个来源，而为下游防洪又涉及到与水库坝址至两河口区间及沮河洪水的组成遭遇。沮漳河为长江的一级支流，对长江防洪安全有一定的影响作用，为了确保水库及其下游防护区的安全，必须研究洪水的地区组成，为防洪错峰及安全调度提供设计依据。通过F检验法及t检验法来进行回归方程及相关系数的检验，证明回归方程是显著的，相关也较密切，可用于生产实际。     

A comparison of WEPP and SWAT for modeling soil erosion of the Zhangjiachong Watershed in the Three Gorges Reservoir Area

Soil and water conservation is important for the Three Gorges Reservoir Area in China, and quantification of soil loss is a significant issue. In this study, two widely used models - the Water Erosion Prediction Project (WEPP) and the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) - were applied to simulate runoff and sediment yield for the Zhangjiachong Watershed in the Three Gorges Reservoir Area. The models were run and the simulated runoff and sediment yield values were compared with the measured runoff and sediment yield values. In the calibration period, the model efficiency (E_NS) values for the WEPP and SWAT were 0.864 and 0.711 for runoff, and 0.847 and 0.678 for sediment yield, respectively. In the validation period, the E_NS values for WEPP and SWAT were 0.835 and 0.690 for runoff, and 0.828 and 0.818 for sediment yield, respectively. The results of E_NS and the other criteria indicate that the results of both models were acceptable. WEPP simulations were better than SWAT in most cases, and could be used with a reasonable confidence for soil loss quantification in the Zhangjiachong Watershed.