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1、《三門峽水庫給陜西帶來的災害及治理對策建議》附件ID三門峽水庫泥沙沖淤過程方案計算西安理工大學二OO—年十二月專題名稱：三門峽水庫泥沙沖淤過程方案計算課題名稱：三門峽水庫給陜西帶來的災害及治理對策建議專題編號：附件III專題承擔單位：西安理工大學水利水電學院專題負責人：王新宏馮普林審定：張潤民工作人員：王新宏唐先海張根廣楊武學石長偉馬雪妍馮普林張強報告撰寫：王新宏摘要11數學模型簡介11.1數學模型的控制方程式11.2控制方程的離散及差分求解22模型計算中有關問題的處理42.1斷面概化42.2水面線計算的若干問題52.3非均勻沙的沉速計算72.4力匚流挾沙力級酉己82.5床沙
2、級配的調整及計算方法83泥沙數學模型驗證計算及分析103.1驗證依據的基本資料及有關問題的處理113.2有關參數的率定122.31960年7月?1965年10月驗證結果與分析133.41965年11月?1974年6月驗證結果與分析142.51974年7月?1990年10月驗證結果與分析163.6三門峽水庫1960?1990年總體沖淤量驗證結果194方案計算及成果分析203.1方案計算的目的204.2計算條件及方案213.3方案計算成果及分析235結語27參考文獻28三門峽水庫泥沙沖淤過程方案計算摘要：本文采用西安理工大學的準二維懸移質不平衡輸沙數學模型，對三門峽水庫4種不同運
3、用方案下潼關以下庫區(qū)的泥沙沖淤演變過程進行了預測計算。預測計算結果表明,三門峽水庫采用4種推薦的運用方案情況下，水庫運行25年后，潼關1000m3/s流量時的水位均大幅下降，可比現狀潼關高程328.47m降低3.31~4.30m,潼關斷面達到沖淤平衡約需8-12年時間。文中建議，為了使潼關高程在盡可能短的時間內降下來，三門峽水庫今后應考慮采用全年敞泄的運用方式。1數學模型簡介西安理工大學泥沙數學模型屬于準二維懸移質不平衡輸沙數學模型，適用于進行長歷時長河段的河床變形研究。模型中將所研究的長河段劃分成若干小河段，可預測計算各斷面的水力、泥沙要素以及相鄰斷面Z間的平均沖淤厚度的沿
4、程變化及因時變化情況。1.1數歹儀型的滋刮方無式本模型屬于準二維恒定流非均勻懸移質非飽和輸沙模型，可用來模擬水深、流速、水面比降、懸移質含沙量及其級配、床沙級配等水力泥沙要素隨時間和沿流程的變化。模型所依據的基木控制方程有水流連續(xù)方程、水流運動方程、泥沙連續(xù)方程、懸移質擴散方程、水流阻力計算公式和水流挾沙力計算公式，其形式為：水流連續(xù)方程式~c1l=°水流運動方程式dZ(d(V2}Q2=0(1-1)(1-2)泥沙連續(xù)方程式（分粒徑組）+7學+%=0伙=1,2???化）（1-3）OXGt懸移質擴散方程（分粒徑組）魚二絲佝-SJ伙=1,2…,NJ（1-4）dxq式中，0是斷面平均
5、流量，血是側向入流量，Z是水位，乙是動能修正系數,孑是局部水頭損失系數，U是斷面平均流速，K=ACR!/2是流量模數（其中，A是過水斷面面積，R是水力半徑,C=Ri/6/n是謝才系數，“是糙率）,S、S*分別是斷而平均含沙量和水流挾沙力，以kg/n?計，廠是泥沙干容重，人是泥沙沖淤面積，血是單位流程上第k粒徑組泥沙的側向輸沙率（入為正，出為負）,P是粒徑組角標，M是粒徑分級總數，&是恢復飽和系數，。是平均沉速，q是單寬流量，g是重力加速度，x、f分別是流程和時間。方程（1-1）?（1-4）的定解條件包括初始條件和邊界條件。初始條件包括河道初始地形和床沙級配。邊界條件包括上游入
6、口斷而潼關站的水沙過程，河道沿程水沙匯入（或流出）過程，以及下游出口斷面史家灘站的水位過程。上述4個基本方程式本身并不封閉，還需增加一些補充關系式，諸如水流挾沙力計算公式，水流挾沙力級配計算公式，動床阻力計算公式等。1.2控制方程的離散及差分求解模型屮求解上述基本方程時，首先將研究河段沿流程劃分為若干河段，使每一河段內的水流接近均勻流，如圖1-1所示。圖中，i是斷面編號，是斷面總數，斷面序號由下游向上游遞增。為簡便起見，稱第i斷面至笫/+/斷面之間的河段為第i河段。其次，把長歷時的來水、來沙過程概化為梯級恒定流，使每一計算吋段內的水流接近恒定流，按恒定非均勻漸變流進行求解。圖
7、1-1河段劃分及橫斷面編號示意圖計算方法采用非耦合解法。具體作法是先解水流方程一一水力計算，即利用明渠恒定漸變流運動方程，推求庫區(qū)水面線，從而得到各斷而的水力要素。其次求解泥沙方程——泥沙計算，即利用含沙量沿程變化方程式自上游向下游求得各斷面的輸沙率及級配，從而推求出河床沖淤變化。最后修正河道斷而型態(tài)，并進入下一時段的水力計算。如此水力計算和泥沙計算交替進行，直到計算完所有的時段。(1-5)(1-6)(1-7)仃—8)對于水流連續(xù)方程式（1-1）,可在第i河段上直接積分得e=a+）+（心1,2…,心-i
