金沙江下游梯级水电站出口推移质沙量模型试验研究.pdf

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1、泥沙研究2015年12月JournalofSedimentResearch第6期文章编号：0468·155X(2015)06-0034—06金沙江下游梯级水电站出口推移质沙量模型试验研究尹晔，郭庆超’，邓安军，董先勇(1．中国水利水电科学研究院，北京100048；2．流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京100048；3．中国长江三峡集团公司，四川成都610042)摘要：金沙江的雅砻江汇口至屏山的干流区间是金沙江的主要产沙区，规划有乌东德、白鹤滩、溪洛渡和向家坝等四个重要的水利枢纽。开展金沙江下游推移质沙量研究，对

2、解决金沙江梯级水电站出口推移质沙量不明确的问题，完善泥沙本底资料、延长水库寿命、提高发电效益以及降低机组磨损等都具有现实意义。通过对金沙江下游梯级水电站出口推移质沙量的模型试验研究，探讨了推移质输沙规律，建立了推移质输沙率和水沙因子的关系，确定了天然条件下金沙江下游梯级水电站出口推移质输沙量多年平均为104．6万t。关键词：推移质；模型试验；金沙江下游；梯级水电站中图分类号：TV149．2文献标识码：ADOI：10．16239／j．cnki．0468—155x．2015．06．006金沙江下游雅砻江汇口至屏山河段的干

3、流区间是金沙江的主要产沙区，集水面积为85379km，占全流域面积的17％；多年平均悬移质输沙量为2．37亿t，占流域总输沙量的68％；多年平均含沙量1．64kg／m，为上游地区的6倍；平均输沙模数2060t／(km·a)，约为上游地区的11倍¨。金沙江下游规划有乌东德、白鹤滩、溪洛渡和向家坝等四个重要水利枢纽，设计总装机容量约4480万kW，水库总库容约440多亿m。由于推移质淤积物不易被冲起，推移质淤积对水库变动回水区水位抬高和库容损失的影响要比同等数量的悬移质淤积更加严重。即使水库的悬移质达到冲淤平衡，推移质中

4、较粗的部分仍然会淤积，较细部分可能会通过泄流建筑物或发电洞排出水库。因此，推移质对水库有效库容、泄流建筑物和水轮机磨蚀的影响是长期的，危害很大。建立推移质输沙率和水沙因子的关系，确定天然条件下金沙江下游梯级水电站出口推移质输沙量，对于解决出口推移质沙量不明确的问题，完善泥沙本底资料、延长水库寿命、提高发电效益以及降低机组磨损等都具有现实意义。1推移质模型试验研究现状长期以来，国内外学者在推移质研究方面取得了大量成果，但相对于以悬沙为主的悬移质泥沙模型试验来说，推移质泥沙模型试验研究较少，技术上相对落后。陈家扬在都江堰

5、卵石推移质模型试验中模拟了都江堰推移质外江临时船闸运行中的分流、分沙、闸前附近淤积形态等。建立了平面比尺与垂向比尺都为60的正态模型及一个平面比尺240，垂直比尺120的变态模型。模型沙为天然沙，同时进行了定床和动床试验。由于缺乏推移质实测资料，考虑卵石河床推移质与床沙存在交换，某一流量能起动的最大粒径以下的推移质级配与床沙相应粒径以下级配基本相同，首先按照梅叶一彼德公式计算各级流量下最大起动粒径，然后在床沙级配曲线中按这一粒径截取后得到推移质级配。这种计算推移质收稿日期：2014—11—20基金项目：中国水利水电科

6、学研究院重点专项(泥集1234)；国家科技支撑计划项目(2012BAB04B05)；国家自然科学基金项目(51209232)作者简介：尹哗(1977一)，男，四川雅安人，高级工程师，博士研究生，主要从事水力学及河流动力学方面研究。E—mail：yinye77@163．tom—34级配的方法叫做“砍头法”。在试验中发现，模型与原型的沙粒雷诺数和弗汝德数都可以有所偏离；定床模型必须通过加糙才能达到阻力相似，在不改变河道的天然条件下定床与动床模型试验结果相近，否则定床模型与推移质试验在输沙带宽度、推移质输沙率上都有所差别。

7、此外，考虑加沙对床面变形、水流条件的影响，模型加沙位置应选择水流挟沙能力大于加沙量的断面上。另外许多学者进行了卵石推移质相关的模型试验研究，但这些模型试验都不是专门研究卵石推移质问题的，都是研究在河床演变和泥沙淤积时需要考虑推移质运动，其最终目的只要求满足河床变形相似就可以，而推移质运动可能有一定偏离。而对于专门研究卵石推移质沙量的模型试验，要求更高。认为卵石推移质模型试验设计必须要考虑以下几方面内容：(1)比尺选择：上述推移质模型试验平面比尺60—250，垂直比尺40—100，采用变态模型较多，正态模型较少。考虑推

8、移质运动的复杂性和运动机理的未知性，如水深能达到模型试验的要求，对于窄深型河道宜选用正态模型，这样能保证重力相似，从而为保证卵石推移质运动相似提供了条件。(2)模型沙选择：上述模型试验一般采用天然沙、煤屑、无烟煤、核桃粉等轻质沙。采用轻质沙时，选择不同公式，输沙率比尺差别较大，而很多公式在采用天然沙时不存在这个问题。因此，如果粒径不至于太细，选