三门峡水库运用方案模型计算

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1、《三门峡水库给陕西带来的灾害及治理对策建议》附件ID三门峡水库泥沙冲淤过程方案计算西安理工大学二OO—年十二月专题名称：三门峡水库泥沙冲淤过程方案计算课题名称：三门峡水库给陕西带来的灾害及治理对策建议专题编号：附件III专题承担单位：西安理工大学水利水电学院专题负责人：王新宏冯普林审定：张润民工作人员：王新宏唐先海张根广杨武学石长伟马雪妍冯普林张强报告撰写：王新宏摘要11数学模型简介11.1数学模型的控制方程式11.2控制方程的离散及差分求解22模型计算中有关问题的处理42.1断面概化42.2水面线计算的若干问题52.3非均匀沙的沉速计算72.4力匚流挟沙力级酉己82.5床沙

2、级配的调整及计算方法83泥沙数学模型验证计算及分析103.1验证依据的基本资料及有关问题的处理113.2有关参数的率定122.31960年7月〜1965年10月验证结果与分析133.41965年11月〜1974年6月验证结果与分析142.51974年7月〜1990年10月验证结果与分析163.6三门峡水库1960〜1990年总体冲淤量验证结果194方案计算及成果分析203.1方案计算的目的204.2计算条件及方案213.3方案计算成果及分析235结语27参考文献28三门峡水库泥沙冲淤过程方案计算摘要：本文采用西安理工大学的准二维悬移质不平衡输沙数学模型，对三门峡水库4种不同运

3、用方案下潼关以下库区的泥沙冲淤演变过程进行了预测计算。预测计算结果表明,三门峡水库采用4种推荐的运用方案情况下，水库运行25年后，潼关1000m3/s流量时的水位均大幅下降，可比现状潼关高程328.47m降低3.31~4.30m,潼关断面达到冲淤平衡约需8-12年时间。文中建议，为了使潼关高程在尽可能短的时间内降下来，三门峡水库今后应考虑采用全年敞泄的运用方式。1数学模型简介西安理工大学泥沙数学模型属于准二维悬移质不平衡输沙数学模型，适用于进行长历时长河段的河床变形研究。模型中将所研究的长河段划分成若干小河段，可预测计算各断面的水力、泥沙要素以及相邻断面Z间的平均冲淤厚度的沿

4、程变化及因时变化情况。1.1数歹儀型的滋刮方無式本模型属于准二维恒定流非均匀悬移质非饱和输沙模型，可用来模拟水深、流速、水面比降、悬移质含沙量及其级配、床沙级配等水力泥沙要素随时间和沿流程的变化。模型所依据的基木控制方程有水流连续方程、水流运动方程、泥沙连续方程、悬移质扩散方程、水流阻力计算公式和水流挟沙力计算公式，其形式为：水流连续方程式~c1l=°水流运动方程式dZ(d(V2}Q2=0(1-1)(1-2)泥沙连续方程式（分粒径组）+7学+%=0伙=1,2・・・化）（1-3）OXGt悬移质扩散方程（分粒径组）鱼二丝佝-SJ伙=1,2…,NJ（1-4）dxq式中，0是断面平均

5、流量，血是侧向入流量，Z是水位，乙是动能修正系数,孑是局部水头损失系数，U是断面平均流速，K=ACR!/2是流量模数（其中，A是过水断面面积，R是水力半径,C=Ri/6/n是谢才系数，“是糙率）,S、S*分别是断而平均含沙量和水流挟沙力，以kg/n?计，厂是泥沙干容重，人是泥沙冲淤面积，血是单位流程上第k粒径组泥沙的侧向输沙率（入为正，出为负）,P是粒径组角标，M是粒径分级总数，&是恢复饱和系数，。是平均沉速，q是单宽流量，g是重力加速度，x、f分别是流程和时间。方程（1-1）〜（1-4）的定解条件包括初始条件和边界条件。初始条件包括河道初始地形和床沙级配。边界条件包括上游入

6、口断而潼关站的水沙过程，河道沿程水沙汇入（或流出）过程，以及下游出口断面史家滩站的水位过程。上述4个基本方程式本身并不封闭，还需增加一些补充关系式，诸如水流挟沙力计算公式，水流挟沙力级配计算公式，动床阻力计算公式等。1.2控制方程的离散及差分求解模型屮求解上述基本方程时，首先将研究河段沿流程划分为若干河段，使每一河段内的水流接近均匀流，如图1-1所示。图中，i是断面编号，是断面总数，断面序号由下游向上游递增。为简便起见，称第i断面至笫/+/断面之间的河段为第i河段。其次，把长历时的来水、来沙过程概化为梯级恒定流，使每一计算吋段内的水流接近恒定流，按恒定非均匀渐变流进行求解。图

7、1-1河段划分及横断面编号示意图计算方法采用非耦合解法。具体作法是先解水流方程一一水力计算，即利用明渠恒定渐变流运动方程，推求库区水面线，从而得到各断而的水力要素。其次求解泥沙方程——泥沙计算，即利用含沙量沿程变化方程式自上游向下游求得各断面的输沙率及级配，从而推求出河床冲淤变化。最后修正河道断而型态，并进入下一时段的水力计算。如此水力计算和泥沙计算交替进行，直到计算完所有的时段。(1-5)(1-6)(1-7)仃—8)对于水流连续方程式（1-1）,可在第i河段上直接积分得e=a+）+（心1,2…,心-i