枢纽下泄非恒定水沙过程及航道整治措施研究

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1、枢纽下泄非恒定水沙过程及航道整治措施研究报告简本1概述通航河流上兴建有调节能力的水利枢纽后，改变了下游河段的来水来沙过程，引起了下游河流的再造床作用，对航运、防洪、灌溉、滩地利用等许多方面带来了一系列的影响。担负电网调峰任务水电站下游的流量、水位变化尤为剧烈，变幅也大，往往与建库之前的水沙条件相去甚远，所以水库下游的河床演变将是剧烈且波及范围大，影响深远。枢纽下游河道原有的平衡状态将被改变，产生新的冲刷和淤积，其中大部分地区将以冲刷为主，冲淤严重的河段将会影响通航，引起河道通航条件恶化，航运效益下降，同时电站日调节将造成以下几方面通航困难，如（1）水位暴涨暴落，船舶难于航行；（2）流量时大时小

2、，滩段浅情变化频繁，船舶经常搁浅；（3）枯水期延长、中水期缩短；（4）电站超计划运行，流量骤减骤增，造成断航或者船舶停泊困难甚至发生海事。因此，针对长江、西江、汉江、北江、韩江和松花江等水利枢纽的特点，开展枢纽下泄非恒定水沙过程作用下航道整治原则与方法研究，抓住工程建设中的突出难题，为枢纽下游的航道整治提供科学依据是完全必要的，开展“枢纽下泄非恒定水沙过程及航道整治措施研究”具有重要的理论及现实意义。通过本课题的研究，必然为西部航运建设奠定更广泛的技术基础，实现以技术创新为前提的西部水运新发展。2主要研究内容9南京水利科学研究院为项目承担单位，主要负责制定课题考核目标和研究内容，提出研究工作的

3、总体思路、技术方针，制定工作大纲及成果审查，开展物理模型、数学模型和分析研究，并协调有关事宜。黑龙江省航道局、大顶子山航电枢纽建设指挥部、黑龙江省航务勘察设计院为项目参加单位，负责收集相关水流泥沙资料并参与资料整理和河床演变的分析工作。本项目主要开展以下四个专题的研究工作：专题一日调节枢纽下泄非恒定水沙的传播规律及计算方法专题二枢纽下游河段航道设计水位、整治水位和整治线宽度的确定方法专题三近坝河段水流变化对通航影响的评价专题四来水来沙条件改变后枢纽下游航道的演变规律及非衔接段航道整治措施研究3实施方案（1）国内外相关工程技术和研究成果的调研，主要针对国内外航电枢纽下泄非恒定水沙过程及其下游航道

4、整治的实例。调研手段包括现场考察、资料查阅，并充分利用互联网技术。通过资料收集、整理和分析，进行综述和评价，并与大顶子山等航电枢纽下游航道整治进行类比分析，总结有参考价值的经验和教训。（2）对原型河道进行现场查勘，并进行水流、泥沙及河床地形、地质的补充勘测工作，为水流泥沙运动、河床变化分析，以及数学模型计算和河工模型试验，提供基础数据。9（3）通过理论分析与数学模型相结合，研究下游河道水沙条件和河床变化规律，着重研究枢纽建成后下游河道水沙条件和河床变化规律。（4）通过理论分析与技术经验总结相结合，分析大顶子山等航电枢纽下游航道整治原则及技术措施，以及航道设计通航水位（流量）和整治水位、整治线宽

5、度的确定。（5）一维数模为重点河段二维数模提供水沙边界条件，力争针对枢纽下泄非恒定水沙过程的特点在模拟技术上有所创新。（6）通过数学模型研究的初步成果，选择１个重点浅滩河段进行模型试验研究，提出整治方案，为该河段航道整治设计提供依据。4依托工程本项目的依托工程分别有长江三峡工程、葛洲坝水利枢纽、汉江丹江口水库、西江中游长洲枢纽、北江中游白石窑及飞来峡枢纽、韩江上游青溪及蓬辣滩枢纽和松花江大顶子山航电枢纽工程等。5主要研究成果（1）日调节枢纽下泄非恒定水沙的传播规律及计算方法①采用四点隐格式有限差分法和三级联解并通过改进河段内水流计算方法，建立了一维非恒定流数学模型及可视化软件，该模型具有较好的

6、稳定性和鲁棒性。②对典型枢纽下泄非恒定流进行了模拟计算，包括三种类型，即枢纽下游河段为山区河流的向家坝枢纽、枢纽下游为丘陵及平原河流的长洲枢纽和受日调节枢纽与反调节枢纽之间的三峡与葛洲坝枢纽。将计算结果和实测结果或物理模型试验进行了验证比较，结果显示模型能够较好地模拟各种河道的非恒定波传播过程。9③对典型枢纽不同的日调节下泄过程进行了模拟，分析了各个枢纽非恒定流传播规律及影响；分析了三个枢纽下泄非恒定流传播，总结了枢纽下泄非恒定流的传播规律，主要包括枢纽下泄非恒定流的影响距离、非恒定流引起的水面附加比降、下游河段的水位流量关系、非恒定波的传播变形等。④由于摩阻、槽蓄及断面不规则等因素，枢纽下泄

7、非恒定波在传播过程中沿途要发生衰减，波速降低，波峰坦化，波高变小，沿程非恒定效应逐渐减弱，逐渐趋于恒定流；枢纽下泄的非恒定波在传播过程中产生附加比降，即涨水水面比降增大，落水水面比降减小；断面的水位流量不再是单一曲线关系而是呈逆时针绳套现象，同流量涨水水位低，落水水位高；同水位涨水过流大，落水过流能力小；非恒定波在传播过程中发生横向变形，即涨水波被压缩变陡，落水波被拉伸变缓；涨水波常常具有十分陡峻