三峡水库泥沙絮凝特征及影响因素分析.pdf

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1、第47卷第14期人民长江Vol_47．No．142016年7月YangtzeRiverJuly，2016文章编号：1001—4179(2016)14—0031—05三峡水库泥沙絮凝特征及影响因素分析何芳娇，吉祖稳2，王党伟2，夏建新(1．中央民族大学生命与环境科学学院，北京100081；2．中国水利水电科学研究院泥沙研究所，北京100038)摘要：以三峡水库奉节河段和庙河河段的现场取样资料为基础，通过现场测量和室内实验分析，发现819个现场取样点中，99．4％的测点存在泥沙絮凝现象，其中83．6％的泥沙絮团直径约为单颗粒直径的

2、3—8倍，表明在条件适合的情况下三峡水库泥沙絮凝具有普遍性，絮凝的临界粒径为0．02mm。从库区泥沙絮凝的分布来看，主要集中在中上层水体中，并且顺水流方向呈现衰减的趋势，庙河河段的絮凝度明显小于奉节河段。库区泥沙絮凝的临界流速为0．7m／s，流速小于0．7m／s有利于泥沙絮凝的形成，但由于库区泥沙颗粒问的相对动能较小，泥沙絮凝难以形成稳定的大絮团，主要表现为弱絮凝。关键词：泥沙絮凝；泥沙粒径；水流流速；含沙量；三峡水库中图法分类号：T文献标志码：ADOI：10．16232／j．enki．1001—4179．2016．14．00

3、8三峡工程是目前世界上最大的水利枢纽工程，其1现场取样及基本方法泥沙淤积问题一直是被广泛关注的热点，不仅直接影响水库的防洪调度和发电效率，还影响长江航运安全。现场取样断面布置在三峡库区奉节河段和庙河河细颗粒泥沙发生絮凝之后将对泥沙沉降及淤积分布产段。奉节河段有sl13、sl14、s116和s1l8共4个典型生很大影响，以往对于淡水水库中是否存在泥沙絮凝断面，44条垂线，308个测点。庙河河段有庙河、$37、现象一直缺乏深入观测和研究，水库与人海河口地区$35、$33、s31、YZL02、DXO1和DX01+1共8个监测断在水流

4、条件、离子浓度等方面存在较大差异，河口地区面，其具体位置如图1所示，除坝前DX01断面布置3为高盐度水体环境，细颗粒泥沙能够形成絮凝，但三峡条垂线外，其余7个监测断面上各布置10条垂线，每水库为淡水环境，是否存在泥沙絮凝一直有较大的争条垂线上从水面至河床依据相对水深布置7个测点，议，也缺乏现场观测资料。絮凝会在一定程度上影响总计73条垂线，511个测点。现场测量时间为2013泥沙输移和沉降，尤其是在水库中，会导致泥沙沉速增年汛期7月15～l8连续4d，测量数据包括各个监测加，加剧泥沙淤积速度，如果不考虑泥沙絮凝对淤积沉点的水温

5、、流速、悬移质含沙量和颗粒粒径级配，从中降的影响，可能会在计算中低估泥沙的淤积速度和淤选取代表性测点，在其位置上进行水体取样，并将水样积量，从而给水库后期运行带来不利影响。因此，研究带回实验室，利用马尔文激光粒度仪测量分散状态下水库泥沙絮凝及其影响因素，对确保水库合理调度和水样中的泥沙粒径级配，现场进行含沙量及原样级配安全运行具有非常重要的指导意义。测量的仪器是LISST一100。此外，除了进行上述水体本文利用三峡库区奉节河段和庙河河段部分测量测点的取样分析之外，本次研究还对坝区淤积的表层断面的汛期水文泥沙数据进行分析，旨在分

6、析三峡水底泥进行了取样分析，取样时间为2013年12月9日，库泥沙絮凝的程度以及库区水体环境对泥沙絮凝的作取样距离坝前约10km，取样点共3处。用，进一步加深对三峡水库泥沙运动规律的认识，同时絮凝判别的基本方法为：采用LISST一100现场观也为库区泥沙絮凝研究奠定基础。测水体中泥沙粒径级配，将同一位置取出的水样带回收稿日期：2016—03—21基金项目：国家“十二五”科技支撑计划项目(2012BAB04BO2)；国家自然科学基金项目(51479218)作者简介：何芳娇，女，硕士研究生，主要从事水沙环境工程研究。E—mail：

7、hefangjiao1990@sina．eom32人民长江实验室，添加表面活性剂使泥沙分散成单颗粒，采用马底泥的表层，沙样的絮凝程度基本在2～3之间，应该尔文激光粒度仪测得分散颗粒级配，最后将2种级配是水体中泥沙絮凝程度最小的部分。结果进行对比，可以分析出是否存在泥沙絮团。图2三峡水库现场测点絮凝度的分布图1现场测量布置示意2现场取样泥沙絮凝特征分析2．1库区泥沙絮凝基本特征为了反映水库泥沙絮凝程度，定义泥沙中数粒径放大倍数为M=㈩图3三峡水库坝前淤积底泥离散前后的床沙级配式中，D为现场实测絮团中数粒径值，D为实验室内测得的分

8、散颗粒中数粒径值；M值表示了泥沙颗粒的2．1．3库区泥沙絮凝临界粒径絮凝程度，称为絮凝度。图4为选取的4个典型断面(庙河、s31、s116和2．1．1水体中泥沙絮凝基本特征s113)的现场泥沙粒径与室内测得分散颗粒粒径组成图2为三峡水库819个现场测点絮凝度的分布的对比，可以