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《穿黄隧洞束窄河道对河段水沙特性的影响分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn第14卷第5期水科学进展Vol14,No52003年9月ADVANCESINWATERSCIENCESep,2003穿黄隧洞束窄河道对河段水沙特性的影响分析122余明辉,范北林,余蔚卿(1武汉大学水资源及水电工程科学国家重点实验室,湖北武汉430072;2水利部长江水利委员会,湖北武汉430021)摘要:利用建立的平面二维非恒定水流泥沙数学模型,在上游来流为10000年一遇的特大洪水过程情况下,就初步拟定的南水北调中线穿黄方案之
2、一的孤柏嘴线路30km隧洞工程方案,穿黄隧洞束窄河道对河段水流流态、泥沙运动及河床变形的影响进行了计算和分析比较。计算结果表明,在该洪水过程情况下,穿黄隧洞束窄河道对河段水沙运动特性有一定影响,但影响不大。关键词:南水北调;穿黄隧洞;水沙特性;束窄河道中图分类号:TV143文献标识码:A文章编号:10016791(2003)0558305南水北调中线工程是为满足华北地区供水需求的特大型跨流域调水工程,总干渠跨越湖北、河南、河北三省和北京、天津两市,线路总长12412km。工程跨越黄河北
3、上,经多年论证比选,最后确定穿越黄河线路为黄河孤柏嘴线和李村线,两者均位于典型的游荡型河段上。该河段汛期和非汛期水沙变化较大,河道冲淤变化也较大,河床演变情况极其复杂,因而研究穿黄工程对所在河段过流及河势的影响、上游壅水程度及河道束窄对河段冲淤特性的影响等问题,具有重要的意义。本文仅对孤柏嘴线路隧洞方案,洪水过程中考虑河床变形,由于黄河泥沙相对较细,泥沙运动只考虑悬移质。文中高程系统除特别说明外,均为大沽高程,坐标系为北京坐标系。1河道基本特性及工程方案本次计算河段进口断面为黄河干流起自裴峪断面下游50km
4、左右的大玉兰工程断面,支流伊洛河起自入口上游20km处,出口断面为官庄峪断面。主河槽全长近380km,有实测大断面6个:伊洛河口断面、沙鱼沟断面、十里铺东断面、孤柏嘴断面、罗村坡断面、官庄峪断面。该河段河势见图1。图1所示的新蟒河河堤顶部高程自西向东,由10900m逐渐降低为10560m左右,生产堤堤顶高程自西向东由10870m图1计算河段河势、大断面及穿黄工程位置示意图Fig1Terrainandlocationofcrosssectionandproject逐渐降低为10520m左右。伊洛河
5、入口至收稿日期:20020617;修订日期:20020910基金项目:国家自然科学基金资助项目(50099620;50209012)作者简介:余明辉(1969-),女,湖北广水人,武汉大学副教授,博士,主要从事水力学及河流动力学方面的研究。Email:mhyu66@263net转载中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn584水科学进展第14卷十里铺东主槽宽约30km,河势不稳定,滩面宽约120km;十里铺东至孤柏嘴河段相对较窄,其南岸较为稳定,主槽宽约15km,心滩密布
6、交错,高程约为10000~10100m,北岸滩宽为80~90km,高程约为1040m,高水期可过流;孤柏嘴至官庄峪河段,河面宽约130km,孤柏嘴至罗村坡水流受孤柏嘴挑流和驾部工程导流的影响,主流相对稳定;罗村坡至官庄峪受心滩作用,主流较为散乱且摆动大。南水北调中线隧洞方案孤柏嘴线,即将孤柏嘴下游约06km的满沟-西马村线过流断面宽度束窄为30km,隧洞渠系布置在北岸滩地上,隧洞轴线过流断面方向与孤柏嘴大断面沿逆时针方向呈15角,简称下线30km隧洞方案。工程布置见图1。2平面二维非恒定流
7、数学模型21平面二维非恒定流数学模型计算方程z(hu)(hv)(1)水流连续方程++=0(1)txy2222uuuzuu+vuu(2)水流运动方程+u+v+g+g2-t2+2=0(2)txyxChxy2222vvvzvu+vvv+u+v+g+g2-t2+2=0(3)txyyChxy22hskMskNskhskhsk(3)悬移质泥沙运动方程++-2+2=-!(sk-s*k)(4)txyxykskZb(4)悬移质河床变形方程=!!k(sk-s*k)k=1,ksk(5)tk=1(EmPk)
8、ZbEm(5)床沙组成方程-k!k(sk-s*k)+1[2P0k+(1-2)Pk]-=0(6)ttt式中z为水位;h为水深;u、v分别为x、y方向的流速,M=uh,N=vh;Zb为河床高程;n为Manning糙率系数;t为紊动粘性系数;sk、s*k为第k组垂线平均含沙量及水流挟沙力;!k为泥沙沉速;为泥沙扩散系数;为恢复饱和系数;Pk为混合层床沙组成,P0k为天然河床
