金沙江下游梯级水电站出口推移质沙量模型试验研究

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。     

水库下游冲刷的数值模拟──模型的检验

文献（１）建立了水库了游冲刷的一维数学模型，模型考虑了非均匀悬移质不饱和输移，非均匀沙推移质输移及床沙级配的调整。本文利用系统的水槽试验资料及汉江丹江口水库水游，长江葛洲坝下游冲刷资料对文献（１）提出的模型进行了全面检验，检验结果表明，计算的冲淤量及沿横断面分布，出口断面含沙量过程，推移质输沙率，各河段床沙粗化过程及水位过程均与实测资料吻合较好。     

三峡水库变动回水区河道推移质输移特性研究

通过对三峡库区有关的野外实测资料、模型试验和计算资料，分析了三峡水库变动回水区河道推移质输沙特性，三峡水库运行末期，变动回水区泥沙淤积物以沙质推移质为主，其中上段还有孵石推移质。从上游往下游，泥沙淤积物的颗粒逐渐变细，主槽的粒径组成粒粗，而边滩的粒径组成较细。随着水库运行年限的增长，主槽泥沙颗粒经历着粗化过程，而边滩却处于不断细化过程。主槽中原来淤积的细颗粒泥沙由于新淤积粗颗粒的保护和荫蔽作用，主槽的泥沙尽管粗化，水库运用后期的主槽淤积物仍有较细的泥沙颗粒存在，对于物模试验中放水过程对推移质输沙的影响、水库变动回水区所特有的碍航现象，以及修建向家坝和溪洛渡水利枢纽后变动回水区的推移质泥沙输移等问题，还有待在相性基础理论中进一步研究。     

颗粒非均匀性对推移质输移影响的试验研究

非均匀推移质运动是一个复杂的物理过程,输移量的确定、关键影响因子的辨识、内在作用机理的把握等基本规律的研究尚不充分。基于此,本文开展了系列精细水槽试验,结合高速摄像、图像识别技术,获取了非均匀推移质输移、颗粒拣选度变化等过程的动态监测数据。引入非均匀泥沙粗细比η,反映床面粗糙度、黏性底层与床面泥沙特性在内的综合水流强度函数Ψb,特征傅氏数Frb等参数,采用量纲分析与数值拟合相结合的方式,研究了不同粗细比的非均匀推移质输移规律。分析表明颗粒的非均匀性是影响推移质输移的关键因子,对粗颗粒输移量及全沙输移强度影响至关重要;推移质输移率与颗粒粗细比、水流强度呈紧密依存关系。     

丹江口水库库尾推移质运动及冲淤变化研究

丹江口水库汉江库尾处于推移质强输移河段,推移质受水库回水的影响,平均运动速度沿程减小、分维特性沿程减弱;受坝前回水、上游来水来沙和库区边界条件等因素的综合影响,形成了4个不同的淤积分布段.充水冲刷与消落冲刷是推移质经过歇息后的再次运动和淤积分布的再分配过程,冲刷的结果使上游的推移质向下游输移和河槽发生粗化;库尾推移质淤积所引起的库容损失和沿程水位抬升应引起注意.     

基于图像识别的床面推移质分布密度检测方法

为研究非均匀推移质的输移特性,开发了由影像采集系统和图像识别软件处理系统组成的床面运动颗粒分布密度及组成检测系统。该系统采用非接触式影像采集方式,运用图像识别技术提取颗粒特征值,对水沙运动零干扰。图像识别软件采用中值滤波及卷积处理等方法进行图像增强,采用自适应阈值技术分割图像。推移质低强度输移时,图像识别精度较高;推移质输移强度较高时,识别精度可通过修正系数进行修正。同时,还可以通过图像识别获取床面推移质的级配组成。水槽试验与检测对比结果表明:该检测系统具有较高的识别可靠性。     

三峡入库卵石推移质输沙特性近期变化及影响分析

为了深入分析三峡入库水沙条件,通过对三峡入库控制站朱沱、寸滩站近50年来实测卵石推移质资料的搜集、整理,分析了两站卵石推移质变化过程、变化特点和主要影响因素。结果表明:近50年来两站径流量没有明显的趋势性变化,但近期卵石输移量呈明显阶段性减少趋势,其中朱沱站1992—2009、2010—2015年的卵石输移量比1975—1991年分别减少了46.9%、79.8%;寸滩站1982—2001、2002—2015年的卵石输移量比1966—1981年分别减少了40.6%、85.7%;推移质输移量年内分配与悬移质泥沙基本接近,主要集中在每年汛期7—9月,占全年的80%以上,近期无明显变化。两站推移质输移率与流量关系的指数差异较大,但同一站在不同时期的指数相同。随着时间推移,不同流量的推移质输移率均呈减少趋势,河道卵石开采、水利工程拦沙是近期卵石输移量减少的主要原因,此外河床粗化、上游大型水库群汛期拦洪削峰也有一定影响。受入库卵石输移量大幅减少的影响,三峡工程自175 m试验性蓄水以来,处于变动回水区的重庆主城区河段未出现大量淤积情况,反而出现微冲态势。研究成果为进一步了解高强度人类活动背景下三峡入库推移质输移量变化提供了一定依据。     

安居水电站及当前建设概况

一、自然条件安居水电站是涪江流域由下而上第二个梯级,下距嘉陵江与涪江汇合口约40km,距下游渭沱电站约17km。本电站流域面积29600km~2,多年平均流量493m~3/s,多年平均输砂量2100万t,多年平均含沙量1.12kg/m~3,汛期洪峰最大含沙量4.6～27.5kg/m~3。输沙量中有一定比例的推移质,推移质最大粒径,根据坝区河滩勘探为150mm,一般为80～20mm。     

放射性同位素在推移质观测中的应用

推移质泥沙的研究是河渠泥沙研究中很重要而又困难的问题。从五十年代起,国外陆续开始用示踪法来研究推移质泥沙运动,大量报告表明,用示踪法研究海岸漂沙和根据示踪剂的扩散速度等来研究沙质推移质的输移量等方面取得了可喜的成果,但对卵石推移质的研究则较少。本文将介绍在天然河道上利用放射性标志法观测卵石运动,用放射性吸收法观测沙浪运动及其观测成果。同时根据观测中得到的资料,对沙浪推移质输沙率的计算公式进行了修正。另对几个实际问题进行了讨论。     

三峡水库蓄水后荆江河段沙质推移质特征分析

为了研究三峡水库蓄水后长江中下游河道冲淤及发展趋势,采用2003～2017年实测水文资料,分析了三峡水库蓄水后荆江河段沙质推移质变化特征,并从来沙条件、断面冲淤及流速、流量变化等方面阐述了变化原因。分析结果表明:三峡水库蓄水运用后,荆江河段沙质推移质输沙量基本呈逐年减小、沿程增加趋势;推移质输沙主要集中在汛期5～10月;枝城站沙质推移质中值粒径变化复杂,沙市站沙质推移质中值粒径基本呈逐年增大趋势,监利站沙质推移质中值粒径变化不大且基本呈沿程减小趋势。沙质推移质中值粒径变化主要受断面冲淤以及流速、流量变化影响。     

金沙江下游流域水沙格局变化研究

金沙江下游水沙变化对梯级水库淤积进程和优化调度有重要的影响,随着大型梯级水库的建设运用,金沙江下游水沙格局发生了显著的变化。本文基于金沙江下游干支流历年实测水沙资料,分析了流域水沙变化过程,提出了不同时段流域水沙格局。从时间上看,金沙江下游干支流径流量年际变化均不大,干流输沙量显著减少;支流雅砻江、龙川江、牛栏江输沙量明显减少,其它支流输沙量没有明显变化趋势。从水沙来源分布上看,不同时期,金沙江干流径流量和流域支流径流量的占比变化不大,金沙江干流、雅砻江和其他支流占比分别为46%、45%和9%左右。而输沙量占比变化显著：1999年以前金沙江、雅砻江和其它主要支流占比分别为40%、36%、24%;在二滩水库蓄水拦沙后的1999—2010年三者的占比分别为61%、13%、26%;金沙江中游梯级水库蓄水拦沙的2013—2020年三者的占比分别为16%、31%、53%。进一步考虑未控区的影响,金沙江干支流水库运行后,来水格局仍未发生明显变化,干流、雅砻江、其他支流和未控区间径流量占比分别为40%、40%、9%和11%。但来沙格局变化显著,水库运行前干流输沙量占比为21%,雅砻江为19%,其他支流为12%,未控区间为48%,水库运行后区间来沙占比明显增大,达到了97%,其中未控区间占比为82%,区间支流占比为15%,未控区间来沙是金沙江下游流域泥沙的主要来源。     

金沙江流域的河流泥沙输移特性

金沙江是长江上游河流泥沙的主要来源。通过对金沙江流域主要控制水文站径流泥沙资料的统计分析。该文论述了金沙江河流泥沙的来源和沿程分配、输水得的年内分配和年际变化、径流量和输水利一的关系以及泥沙形成的原因。为研究金沙江流域的水土流失和泥沙输移规律，合理地开发和利用其水土资源提供了科学依据。     

长江上游不同水沙来源区产沙量变化对宜昌-汉口河段泥沙冲淤量的影响

长江上游流域的水沙特性表现出显著的地域分异,体现出水沙异源的特点,可以划分为两个多沙区和一个少沙清水区,即金沙江下游多沙区和嘉陵江多沙区,其余地区构成少沙清水区。以有关水文站的年系列资料为基础,研究了上游不同来源区产沙量变化对宜昌-汉口河段泥沙淤积速率的影响。研究表明,宜昌-汉口^#河段冲淤量与嘉陵江产沙区产沙量的变化有很好的同步关系。宜昌-汉口^#河段冲淤量与金沙江下游产沙区产沙量的变化,在20世纪80年代末以前有较好的同步关系,此后则不具有同步关系。这意味着,自从20世纪80年代以来,嘉陵江产沙区产沙量的变化对宜昌-汉口^#河段冲淤量的变化起着主要的控制作用,金沙江下游江产沙区产沙量的变化对宜昌-汉口^#河段冲淤量变化的控制作用较小。这一事实表明,对金沙江下游的治理亟待加强。以宜昌-汉口^#河段冲淤量Sdep,Y-H作为因变量,北碚站的年输量Qs,北碚、屏山站的年输沙量Qs,屏山、宜昌站年最大流量Qmax,宜昌以及3口分沙比Rw,div为影响变量,运用1955-1997年间的资料建立了多元回归方程,在此基础上对各个影响变量的变化对河段冲淤量的变化的贡献率进行了估算。结果表明,Qs,屏山、Qs,北碚、Qmax,宜昌以及Rw,div的贡献率分别为18．75％,42．06％,36．53％,2．64％。由此可见,嘉陵江重点产沙区产沙量变化对宜昌-汉口^#河段冲淤量变化的贡献率要大于金沙江下游重点产沙区。研究还得到,使宜昌-汉口^#河段不淤的两个重点产沙区的年产沙量之和的临界值为2．1亿t/a。     

冲刷条件下长江枝城至沙市河段床沙级配模拟

三峡水库蓄水运行后,清水下泄,坝下游河道遭受持续冲刷,以致产生了不平衡的输沙问题,而床沙级配的变化又是其中不可忽视的原因之一。结合2015年7~9月长江枝城至沙市河段的冲刷过程实测资料,依据断面地形测量计算的冲淤变化结果以及河段进出口断面的悬移质级配成果,采用韩其为理论公式,对该河段的床沙级配进行了数值模拟计算,并运用实测数据对模拟的结果进行了验证。验证结果表明,在冲刷条件下,该方法基本上可以预测长江枝城至沙市河段沿程床沙的级配变化情况。该结论可为验证三峡水库坝下游的不平衡输沙理论提供实例证据。     

STUDY ON TOTAL SEDIMENT TRANSPORT BY FLOW

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＦｏｒｎａｔｕｒａｌｒｉｖｅｒｓｗｉｔｈｒｉｃｈｓｅｄｉｍｅｎｔ ,ｔｈｅｍｏｖｅ ｍｅｎｔｆｏｒｍｓｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉａｍｅｔｅｒｓａｒｅｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｕｎｄｅｒｔｈｅａｃｔｉｏｎｏｆｆｌｏｗ .Ｇｅｎｅｒａｌｌｙｓｐｅａｋｉｎｇ ,ｔｈｅｒｅｍａｙａｐｐｅａｒｔｈｒｅｅｆｏｒｍｓｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ ;ｓｕｓｐｅｎｄｅｄｌｏａｄ ,ｄｅｎｓｉｔｙｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｂｅｄｌｏａｄ .Ｗｈｅｎａｄａｍｉｓｃｏｎｓｔ…     

分组水流挟沙力级配计算方法初探

从非均匀悬移质输沙不平衡条件入手,借助国内外大量的研究成果和计算方法,结合多年来黄河实测资料,建立了一套适合于黄河特点的分组水流挟沙力级配计算公式,认为分组水流挟沙力级配不仅与床沙级配有关外,还与上游来沙有关。     

洪泛区河网非恒定水沙数学模型的研究

鉴于江河流域中下游地区交错复杂的河网体系 ,本文建立了适应性强的复杂河网区非恒定水沙数学模型。模型中采用汊点分组方法求解水流方程组 ;选用了与实际情况较为吻合的汊点分沙求解方法 ,建立了分洪口门修正模式 ,采用适合于复杂流动状态下泥沙方程组的求解方法。同时为了提高模拟精度和扩展模拟功能 ,对河网中蓄水汊点和分蓄洪区的水流运动模拟等环节提出了合理可行的数值处理方法 ,并提出了河网水沙运动模拟中进一步需要研究的问题。最后把本文所建模型应用于汉江杜家台分蓄洪区的水沙运动模拟     

宽级配泥沙分形特性及其输移规律试验研究

为了探寻宽级配泥沙粒度分形特性及其输移规律,通过水槽冲刷试验,分析了床沙和推移质的分形特征,并对不同床沙、不同流速条件下的泥沙粒度分维值进行了定量的计算和对比。结果表明:不论床沙还是推移质的级配都具有良好的统计自相似性,具有分形特征;级配是否连续对于粒度分维值的变化存在显著影响,床沙粗化后粒度分维值变小,且随着冲刷流速的增大,非连续级配时粒度分维值逐渐变小,而连续级配时粒度分维值逐渐变大。推移质粒度分维值与其所对应的中值粒径存在显著的负相关性。     

近50年来长江中游泥沙输移变化

 对1950年以来长江中游泥沙输移资料作了初步分析。分析结果表明：20世纪60年代下荆江裁弯后,三口(松滋口、太平口、藕池口)分流分沙减少,下荆江径流量和输沙量相应增加,洞庭湖泥沙淤积减少;80年代中期以后,长江中游干流及洞庭湖出口的年输沙量呈减少趋势,城陵矶至武汉河段河床由淤积转为趋向冲淤平衡三峡工程初期蓄水运用后,长江中游含沙量沿程恢复距离较长,但床沙质部分恢复距离相对较短。     

北江清远河段推移质运动规律初步研究

采用理论分析、变坡水槽试验与实体模型试验相结合的研究方法,针对北江清远河段推移质泥沙特性及运动特性,进行了泥沙起动及输移的水槽试验,并对泥沙的起动与输移规律进行了初步研究。根据起动试验结果,得出了反映颗粒隐蔽和暴露作用的隐暴系数表达式;根据输移试验结果分析了推移质输沙率的特性,并通过与其它公式进行比较,得到适应于该河段的推移质输沙率公式。