三峡工程变动回水区泥沙淤积的试验研究论文

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1、三峡工程变动回水区泥沙淤积的试验研究论文.freel的全沙试验模型.模型范围包括长江和嘉陵江约200km的天然河段.进行了清水、浑水验证以及蓄水位高程为175、180和156m的长系列模型试验.明确了各蓄水位方案下变动回水区河段的冲淤规律、泥沙淤积对该区航道和沿江港口的影响.为三峡工程的技术验证提供了科学依据。关键词：变动回水区全沙模型泥沙淤积冲淤平衡1引言长江三峡工程于1994年正式动工兴建。在此之前.对工程可行性进行过全面深入的论证。在论证工作中.直接影响可行性的一个关键问题，是变动回水区的泥沙淤积及其对该

2、区航运的影响。由于这个原因，对变动回水区的泥沙淤积进行了大量的模型试验和一、二维数学模型计算工作。由于问题的复杂性和重要性.需要建立一个变动回水区的长泥沙模型.以期对整个变动回水区的泥沙淤积及其对航运的影响作出全面深入的研究。变动回水区内上、下游河段之间有着内在的联系。下游河段的淤积将影响其上游河段的水位.从而影响上游河段的淤积量；而上游河段的淤积又将影响进入其下游河段的泥沙数量，从而影响其下游河段的淤积量。当进行河道整治试验研究时.这种上、下游之间的相互影响将更为强烈。进行变动回水区全河段长模型试验.就可较好

3、地研究并解决这个问题。长模型的进口可置于变动回水区之上，不受囤水影响.其来沙量与天然情况下相同。模型的出口可做到变动回水区以下.位于常年水位之中。在常年回水区中，由于水面比降小.对河床糙率不敏感，因而，可由数学模型提供准确的模型出口水位。由于泥沙运动的复杂性.freel），下至涪陵附近的剪刀峡（航行里程550km），并包括嘉陵江18km（见图1）。自1985年按受三峡工程变动回水区全河段泥沙模型试验任务以来，完成了近800m长的模型制做、水流和泥沙冲淤验证、三峡大坝蓄水175m方案80年长系列淤积试验、水库运行

4、100年后重庆洪水位抬高问题、蓄水180m方案80年长系列淤积试验以及175m水位方案中前期按156m水位运行30年等试验工作，为长江三峡工程的技术论证工作提供了可靠的科学依据。①航行里程系指距离宜昌港的距离。图1三峡工程变动回水区河势1、青草背2、大中坝3、大猫峡4、渔洞溪5、茄子溪6、九龙滩7、猪儿碛8、重庆9、寸滩10、铜锣峡11、明月峡12、上洛碛13、下洛碛14、长寿15、黄草峡16、金川碛17、牛屎碛18、剪刀峡Fig.1Varyingbackm以下直至200mm以上［1］。各种粒径的泥沙.其运动形

5、式不同，淤积部位也不同。只有在一个模型中同时复演各种粒径泥沙的输移，才能更好地反映建库后河道各部位泥沙淤积的实际情况，因此，采用全沙模型相似理论［2］设计泥沙运动的相似比尺。在模型设计中，除水流处于阻力平方区和满足重力相似、阻力相似，悬沙满足沉降、扬动和挟沙能力相似，底沙（包括卵石）满足起动、沉降和输移量相似外，还着重研究了悬沙和底沙级配相似。计算表明，当模型的平面比尺λL选用250和垂直比尺λH选用100时，并采用比γs＝1.46t/m3的电木粉作为模型沙，各相似比尺要求能得到较好的满足（见表1）。表1模型比

6、尺汇总表注：冲淤时间比尺λt采用120；模型沙γs＝1.46t/m3；悬沙ｄ50＝0.026mm；底沙ｄ50＝0.12mm；卵石ｄ50＝3mm。Tab.1SummaryofSimilarityscalesformodel悬沙和底沙级配相似是全沙模型试验的关键。为保证原型沙和模型沙级配相似，在设计模型沙级配时，采用了文献［3］中的统一沉降公式。将原型沙分为若干组，第i粒径组的直径为ｄp，i，相应沉降速度ωp，i，可由下列公式计算其中，γs—泥沙比重；γ—水的比重；g—重力加速度；Ｒei—沉降雷诺数。由沉降相似要求

7、可得到第i粒径组原型沙相对应的模型沙的沉速ωm，i，并由（1）、（2）和（3）式进一步计算得到模型沙粒径ｄm，i。因此，模型沙的粒径比尺λd与原型沙的粒径有关。当原型沙的粒径范围为0.005～1.0mm时，粒径比尺的范围为1.06～2.15。在制模中，对于关键的局部微地形亦进行了精细的塑造，保证了几何相似条件。原型河床糙率约为0.03～0.10.模型的糙率为0.022～0.074。模型河床采用梅花形排列的橡皮加糙。水面线验证试验表明，在寸滩流量为3150～21810m3/s范围内.水位误差一般在10cm以内（已

8、换算成原型水位）个别站最大误差不超过20cm。为了验证边壁糙率，施放了寸滩站85700m3/s洪水流量，模型水位误差小于22cm。三峡建岸以后，河床将发生累积性泥沙淤积，动床糙率能否保证相似也是一个至关重要的问题。动床糙率一般由沙粒糙率和沙坡糙率所组成。R.J.Garde［4］在大量试验和原观的基础上，给出动床糙率系数Frs在0.1～1.0范围：其中，H—水深；V—流速；ｄ50—床沙中