小浪底水庫運(yùn)用后三門峽水庫運(yùn)用方式中一些問題的初步研究.doc

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1、小浪底水庫運(yùn)用后三門峽水庫運(yùn)用方式中一些問題的初步研究摘要：小浪底水庫投入運(yùn)用后三門峽水庫的運(yùn)用方式將作調(diào)整，本文運(yùn)用黃河水庫一維水動(dòng)力學(xué)泥沙數(shù)學(xué)模型通過典型條件下的方案對比計(jì)算與分析，從減少庫區(qū)淤積及增加電站出力兩方面綜合考慮，認(rèn)為水庫非汛期運(yùn)用的第4方案較好;從排沙效果來看,汛期水庫降低水位開始排沙的入庫流量應(yīng)選擇大于1500m3/s為宜。關(guān)鍵詞：泥沙數(shù)學(xué)模型水庫運(yùn)用方式方案北村水位1引言　　小浪底水庫投入運(yùn)用后，三門峽水庫所承擔(dān)的防洪、防凌和調(diào)沙減淤任務(wù)將會(huì)有所變更，在新情況下，三門峽水庫如何調(diào)度運(yùn)用需要進(jìn)行研究。在發(fā)生特殊的洪水或凌汛年份，三門峽與小浪底水庫聯(lián)合運(yùn)用共同承

2、擔(dān)，這在小浪底水庫設(shè)計(jì)中已有具體安排，故不再進(jìn)行研究，本文主要就一般年份里三門峽水庫運(yùn)用的有關(guān)問題作初步研究。采用一維水動(dòng)力學(xué)泥沙數(shù)學(xué)模型進(jìn)行方案計(jì)算，并結(jié)合實(shí)測資料，對各方案庫區(qū)的沖淤變化作綜合分析。2水庫一維泥沙數(shù)學(xué)模型2.1基本方程水流連續(xù)方程Qi+1=Qi+Ql(1)水流能量方程Zi+αiV2i/2g=Zi+1+αi+1V2i+1/2g+hw(2)非均勻懸沙擴(kuò)散方程13(3)泥沙連續(xù)方程(4)式中i、j分別為過水?dāng)嗝嫘蛱?hào)及懸沙粒徑組序號(hào)；Ql、hw分別為相鄰斷面之間的入?yún)R流量及水頭損失；α為動(dòng)能校正系數(shù)；β為泥沙恢復(fù)飽和系數(shù)；Sj、S*j分別為第j組懸沙含沙量、挾沙力；q

3、sj為單位流程匯入或流出的第j組懸沙輸沙率。2.2異重流輸沙計(jì)算　　當(dāng)異重流在底坡較陡的庫底運(yùn)行時(shí)，異重流的潛入條件可以采用下式判別γ0/γm-γ0·V20/gh0=0.6(5)式中V0、h0分別為異重流潛入斷面的平均流速和水深；γm、γ0分別為異重流和清水的容重?！　‘?dāng)庫底坡度很緩時(shí)，根據(jù)韓其為等人的研究[２]，異重流的潛入條件應(yīng)為h=max[h0,hn](6)式中h0為按式(5)計(jì)算的潛入點(diǎn)水深；hn為異重流均勻運(yùn)動(dòng)時(shí)的水深。　　產(chǎn)生異重流后，從潛入斷面開始要逐斷面計(jì)算異重流的水力參數(shù)。在異重流運(yùn)動(dòng)過程中，因沿程流量減少不多，故在一個(gè)計(jì)算時(shí)段內(nèi)可以作為恒定流來處理。異重流的阻

4、力系數(shù)取平均值λt=0.025。異重流水深計(jì)算選用異重流均勻運(yùn)動(dòng)水深計(jì)算公式進(jìn)行，即13hn=（λt/8gJ0·γ0/Δγ·Qe/Be）X)]1/3(7)式中J0為分河段底坡；Qe為異重流流量；Be為異重流寬度?！　‘愔亓鲯渡沉?、含沙量以及沖淤量等的計(jì)算均與明流相同，只是此時(shí)的水力參數(shù)應(yīng)采用異重流的。2.3求解過程　　數(shù)學(xué)模型中一些基本問題的處理，如沖積河流的阻力變化關(guān)系、懸移質(zhì)水流挾沙力、床沙級(jí)配計(jì)算以及沖淤量沿橫斷面的分布等已在文獻(xiàn)[1]中論述過，一維水流、泥沙控制方程組的離散和數(shù)值求解方法也詳見文獻(xiàn)[1]。值得指出的是，對于每一計(jì)算時(shí)段，當(dāng)斷面發(fā)生沖刷時(shí)，為了避免床沙級(jí)配計(jì)

5、算中可能出現(xiàn)負(fù)值，特限制任一粒徑組泥沙的沖刷量應(yīng)小于活動(dòng)層內(nèi)床沙所能提供的量；當(dāng)斷面淤積時(shí)，規(guī)定每一時(shí)段的淤積總量應(yīng)小于活動(dòng)層面積，否則，通過縮短時(shí)段來滿足。若相鄰時(shí)段水流泥沙條件發(fā)生較大變化，如壩前水位驟降等，模型可以通過自動(dòng)縮短計(jì)算時(shí)段來實(shí)現(xiàn)水沙條件的較平穩(wěn)過渡，從而使溯源沖刷的模擬水平有了較大的提高。3模型驗(yàn)證　　為了使所建模型適用于預(yù)測黃河中游大型水庫庫區(qū)泥沙沖淤過程和趨勢，本文選用三門峽水庫潼關(guān)以下庫區(qū)1960～1988年共28年的實(shí)測水沙系列進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算。三門峽水庫三個(gè)不同運(yùn)用期庫區(qū)及分河段沖淤總量的驗(yàn)證結(jié)果見表1，其中實(shí)測值為斷面法測量結(jié)果?？梢钥闯觯鲿r(shí)段各河段計(jì)

6、算的沖淤總量與實(shí)測值相差最大為0.9億m3，一般為0.5億m3，二者符合良好。累積沖淤過程以及每年汛期、非汛期的沖淤量也與實(shí)測結(jié)果符合較好，縱向沖淤分配在定性和定量方面與實(shí)際也較為接近。表1三門峽水庫三個(gè)不同運(yùn)用期庫區(qū)沖淤總量驗(yàn)證(單位：億m3)ComparisonofcalculatederosionanddepositionwiththemeasuredinSanmenxiareservoir河段潼關(guān)～史家灘潼關(guān)～太安13太安～史家灘時(shí)段實(shí)測計(jì)算實(shí)測計(jì)算實(shí)測計(jì)算1961.6～1965.1028.0827.817.918.4420.1819.361965.10～1974.6-3

7、.4813-3.52-0.50-0.21-2.98-3.311974.6～1988.10-0.83-0.54-0.87-0.480.03-0.064三門峽水庫非汛期運(yùn)用方式研究三門峽水庫在非汛期一般不再承擔(dān)或很少承擔(dān)防凌任務(wù)，為了保證三門峽水庫在5、6月份來水較小時(shí)能維持1～2臺(tái)機(jī)組發(fā)電，需要配合小浪底水庫進(jìn)行春灌蓄水。為此，經(jīng)考慮擬定如下運(yùn)用原則：春灌蓄水位盡量降低，蓄水時(shí)間盡量縮短，使非汛期淤積的泥沙主要分布在大禹渡以下，以利于汛期近壩段溯源沖刷時(shí)排出庫外，淤積末端限于以下，