三峡工程下游引航道口门内泥沙淤积研究.pdf

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1、泥沙研究2011年12月JournalofSedimentResearch第6期三峡工程下游引航道口门内泥沙淤积研究李国斌，许慧，尚倩倩，宋东升，高亚军(南京水利科学研究院，江苏南京210024)摘要：着重对三峡工程下游引航道口门内异重流淤积的形成机理、计算方法进行了探讨，综合比较了各家公式的计算成果，并与实测资料进行了对比。研究表明：下游引航道口门内为异重流淤积，应用韩其为公式计算下游引航道口门内含沙量沿程衰减过程和泥沙淤积量，计算值与实测值较为一致，可在下游引航道附近水文泥沙状况已知的条件下，预估下游引航道内的泥沙淤积量。关键词：三

2、峡工程；异重流；引航道；泥沙淤积中图分类号：TV148．6文献标识码：A文章编号：0468．155X(2011)06-0027-051前言三峡工程运行至今已历时数年，为更好地发挥三峡工程的航运效益，有必要根据每年的来水来沙情况，及时预测当年下游引航道泥沙淤积数量，为此，本文对引航道异重流淤积计算常用的金德春、范家骅、韩其为公式进行了论述，运用各家公式对三峡工程下游引航道内含沙量的纵向分布及异重流淤积量进行了计算验证及比较。2下游引航道概况三峡工程下游引航道为山体开劈而成，全长2．708km，包含永久船闸引航道及升船机引航道，永久船闸引航

3、道上起六闸首，下至引航道隔流堤堤头，口门区域则为隔流堤下长约0．75km的半江区域。其中永久船闸设计底宽为180～220m，底部设计高程为56．5m，永久船闸、冲沙闸及升船机的共用引航道长约1．908km。3下游引航道口门内泥沙淤积分析3．1下游引航道淤积机理根据下游引航道水沙运动特性，可以将引航道看作口门开敞而内端封闭的盲肠河段，此河段泥沙淤积分两部分，即口门区回流淤积和口门内异重流淤积。口门内异重流淤积主要是由口门内外含沙水体密度差造成，且大多数呈均匀分布。3．2下游引航道口门内异重流淤积计算3．2．1前人研究引航道异重流淤积的成果

4、浑水异重流是一种水流现象，首先是在水库中被发现⋯。在河道与支渠，以及河道与船闸引航道汇口处，也常常会发生浑水异重流现象。浑水异重流的不断人侵，造成引航道泥沙淤积，影响工程效益。收稿日期：2011_04_0l作者简介：李国斌(1963一)，男，浙江余姚人，教授级高级工程师，主要从事水力学及河流动力学方面研究。E·mail：gbli@nhri．cn27前人对水库异重流研究较多，主要集中在异重流潜入条件判别，异重流运动阻力、异重流持续条件、异重流排沙等方面。对引航道异重流淤积计算，主要研究者有：金德春¨、范家骅和韩其为。等。3．2．2下游引航

5、道内异重流各家计算公式下面从异重流潜人流速、速度沿程变化、含沙量沿程变化等方面对三家公式进行论述。(1)金德春方法¨(a)异重流潜入速度金德春认为浑水异重流的潜入，属于重力能差引起的。对异重流潜人前后断面列出能量方程，利用异重流下潜阻力损失最小原理，经过简化后，异重流水深和潜人流速分别表示为h=2／3H0(1)。=√(一)／3'gHo(2)式中h为异重流水深；为口门河道的平均水深；。为异重流进口潜入速度；y、y分别为浑、清水密度；g为重力加速度；据室内和野外试验资料，确定值为0．42。(b)异重流流速沿程变化根据异重流运动方程式，并假定

6、异重流运动厚度沿程不变，可得异重流流速沿程变化v／v0=exp(一x／C2oh)(3)(12)异重流含沙量沿程变化根据输沙平衡原理并假定泥沙沉速沿程变化与流速沿程变化有着类似的关系后，得到S／S=exp(一0．003x)(4)式中S为异重流含沙量；S。为异重流进1：3含沙量。(2)范家骅方法¨’范家骅根据实验和原型观测，异重流在淤积过程中分离出清水，通过清浑水交界面而进入上层清水层，在考虑了清水垂向流速对异重流的影响后，建立了一个异重流淤积模型。(a)异重流潜入流速0=0．65~／(一)／g(5)式中异重流水深h为河道水深的0．5倍。(

7、b)异重流流速沿程变化v／v。=[(exp(一C。x／8h)+(8v)／(C。。))／(1+(8v)／(C。。))](6)式中C。由实验和原观资料可取0．02～0．03；为清、浑水交界面上异重流上升的速度，范家骅认为=0．O2So。(c)异重流平均含沙量沿程变化在假定动水泥沙沉降速度沿程变化的基础上，结合式(6)，得到异重流平均含沙量沿程变化关系式妻一p川·()一【一)】)㈩式中A=(8v)／(c。。)；为系数，取1．4；为泥沙静水沉速；K为常数；L为泥抄沉降距离；K／L=0．0008。(3)韩其为方法(a)异重流潜入速度。=咖√(一y

8、)／3'gHo(8)式中取值范围为0．405～0．65。(b)异重流流量沿程衰减由于异重流中泥沙很细，韩其为假定其粒径及沉速变化可以忽略，另外假定异重流上升速度沿程不变，沿AC方向的河宽b是随着而减小，假定