三峡工程变动回水区泥沙淤积的试验研究土建水利学论文

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1、三峡工程变动回水区泥沙淤积的试验研究土建水利学论文三峡工程变动回水区泥沙淤积的试验研究土建水利学论文摘要：为研究三峡工程变动回水区的泥沙淤积建造了长达800m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

2、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

3、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，在整个变动回水区长泥沙模型中准确地复演泥沙运动及冲淤变化是很困难的。我国于70年代围绕着长江葛洲坝工程泥沙的研究，开展了大规模的泥沙模型试验工作，使泥沙模型得到了迅速发展和完善。并能在一个模型中，同时复演悬沙和底沙

4、（包括卵石在内）的运动，从而掌握了进行全沙模型的试验技术。然而，葛洲坝的泥沙模型（包括全沙模蟹）仅限于复演较短的局部河段中的泥沙运动和冲淤变化。故对于进行整个变动回水区的长河段泥沙模型试验是否可行，必然有不少疑虑。进行长河段泥沙模型在技术上的主要困难是对模型的相似条件要求非常严格。只有各种相似条件能相应得到满足时，才有可能达到全河段各个部位的冲淤相似。因此，需要进一步提高泥沙模型试验和操作技术，以便更好地研究三峡工程变动回水区全河段的泥沙淤积情况及对该区航运的影响。模型范围上起江津附近的青草背（航行里程①725km），下至

5、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、

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Fig1VaringbakaterzoneofThreeGorgesProjet2模型设计和验证长江水量大，沙量也大。河道迂回多弯，河床宽窄相间坡陡流急，岸边石嘴、石梁众多，地形和流态均十分复杂。据寸滩水文站实测资料统计，泥沙年输移量约46亿t泥沙粒径分布很广，从0005mm以下直至200mm以上［1］。各种粒径的泥沙其运动形式不同，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

7、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＝146tm3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模型比尺汇总表注：冲淤时间比尺λt采用120；模型沙γs＝146tm3；悬沙ｄ50＝

8、0026mm；底沙ｄ50＝012mm；卵石ｄ50＝3mm。Tab1SummarofSimilaritsalesformodel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