河流动力学作业五.doc

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1、《河流动力学》课程报告专题五：工程泥沙1概述前面的部分如悬移质、推移质主要是对河流泥沙的成分进行划分进而更好的认识其特征，河流演变也多是讨论自然河流的长期变化规律与类型。这部分主要讨论人类工程中引起的泥沙变化以及防止措施相关的问题。包括水库淤积的现象和规律、水库冲淤计算、水库泥沙的防止、水力枢纽的防沙措施、水力枢纽下游的河床变形及其防治、灌溉工程引水口即渠系泥沙问题、桥渡附近的河床变形及整治等。2水库淤积的现象、规律与水库冲淤计算2.1水库淤积的严重性在河流上修建水，将破坏天然河流水沙条件与河床形态的相对平衡状态，使水沙条件和河床形态重新调整。库区水位壅高，水深增大，水面

2、比降减缓，流速减小，水流的推移力和挟沙能力显著降低，促使大量泥沙在库内淤积。其结果不仅招致水库有效库容减小，原设计的防洪、发电、灌溉等指标不能全部实现，更严重的是将威胁水库寿命，早晨水库报废。此外，水库回水末端的淤积上延，将扩大淹没和浸没面积，给工农业生产带来严重影响，还将威胁上游城镇、工矿的安全和铁路、桥梁的正常使用，也会影响航运。对库区来说，会磨损水轮机影响水电站运行，导致水质污染影响鱼类繁殖等。水库淤积问题是一个世界范围的问题。必须在规划设计时给予足够的重视。2.2水库淤积的纵剖面形态水库淤积的纵剖面形态可分为三种基本类型：（1）三角洲淤积。广泛出现于湖泊型水库。以

3、官厅水库为例考察，可分为五段：三角洲尾部段（挟沙水流处于过饱和状态，金库泥沙的粗颗粒先在此落淤，淤积物主要是推移质和悬移质的较粗部分）、三角洲坡顶端（挟沙水流趋近于饱和，水流接近于均匀流，分选作用不大）、三角洲前坡段（水深陡增、流速举荐，水流挟沙力大减，挟沙水流处于过饱和状态，大量泥沙淤积，使三角洲不断向坝前移动）、异重流淤积段（部分异重流未能运行到坝前便发生支流现象，造成淤积）、坝前淤积段（由于不能排往水库下游的异重流在坝前形成浑水水库，泥沙以静水沉降方式沉淀）。（2）带状淤积。多出现在河道型水库中。以丰满水库为例考察，淤积区可分为三段：回水变化段（最高与最低库水位的回

4、水末端范围内，泥沙较粗，淤积分布较均匀）、常年回水区行水段（最低库水位回水末端以下具有一定流速的库段，主要是悬移质淤积，范围长、分布均匀）、常年回水区静水段（坝前水流几乎为静水，悬移质中的极细泥沙以静水沉降方式淤积，分布均匀）。（3）锥体淤积。多沙河流上的小型水库，比较普遍出现此类淤积。主要特点是坝前淤积多，泥沙淤积很快发展到坝前，形成淤积锥体，与上述大型水库先在上游淤积然后向坝前推进发展的淤积形式完全不同。当水库淤满后，河床纵比降比原河床纵比降小，此后淤积继续向上游发展。影响淤积纵剖面形态的主要因素：库区地形，来水量、来沙量、来沙组成及沿时程的变化，水库的运用方式、水库

5、的泄流模式和泄流方式、库容的大小、支流的汇入。2.3水库淤积的横断面形态实际观察表明：多沙河流上的水库普遍存在“淤积一大片，冲刷一条带”的规律。水库淤积的实际运用表明：库区滩地上水后，大量泥沙沉淀，水位越高，滩面淤积越高，形成“死滩”；由于水库泄空时所造成的沿程冲刷和溯源冲刷，以及水库泄空后基流的冲刷，使淤积在主槽内的泥沙，绝大部分能被拉走，出现一条相对稳定的主槽，是为“活槽”。即主槽库容损失时容易恢复的，滩地库容的损失则不容易恢复。2.4水库淤积泥沙粒径的分布实际资料表明：库区淤积泥沙的粒径一般都是由上游向下游逐渐变细，回水变化段的淤积泥沙较粗，常年回水区的淤积泥沙较细

6、，坝前段淤积的泥沙则更细。这种规律性的沿程细化现象是水流的分选作用造成的。水库淤积泥沙粒径的沿程分布，还随着时间推移而发生变化，在平面上的分布，一般是主槽较粗，滩地较细。2.5水库淤积的上延现象当水流进入水库回水区后，由于水流条件的改变，流速减少，泥沙落淤，而落淤的结果反过来又促成水流条件进一步改变，使得回水曲线在淤积区及其上下游一定范围内普遍抬高，为泥沙继续在原淤积区落淤并同时向上下游发展提供条件。这种淤积自回水末端向上游发展的现象，成为水库淤积的上延现象，也就是通常所说的“翘尾巴”现象。2.6水库冲淤计算在进行冲淤计算时，应同时考虑水流与泥沙这两个因素。计算的基本方程

7、式必须包括水流连续方程式（即水量平衡方程式）、泥沙连续方程式（即输沙平衡方程式）和挟沙水流运动方程式。水流连续方程式和挟沙水流运动方程式决定挟沙水流的水力条件，而泥沙连续方程式则决定相应水力条件下的冲淤变化。关于较长距离的冲淤计算，均采用一度流分析方法，即将分析对象限于断面平均情况。可采用有限差法计算水库冲淤，其结果的精度和可靠性，往往与某些问题的处理是否合理关系很大，有时甚至成为决定计算成败的关键。这些问题包括：关于入库悬移质含沙量和推移质输沙率的确定，关于糙度的确定，关于悬移质水流挟沙力公式的确定和床沙细化或粗化的考虑，关