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水利工程论文-水库调水调沙发展过程的回顾与瞻望.doc

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水利工程论文-水库调水调沙发展过程的回顾与瞻望.doc

水利工程论文水库调水调沙发展过程的回顾与瞻望摘要在小浪底水库最低泄空水位已经确定的情况下,则水库前期淤积量越大,水库的调沙作用应好些。而用小浪底水库有限的拦沙库容对无限的来沙总是无出路的,泥沙多年调节的目的是充分利用河道输沙潜力输沙,使黄河有限的水资源得到合理的利用,充分发挥水库的综合作用。关键词水库调水调沙发展回顾与瞻望著名治黄专家王化云在1987出版的我的治河实践一书序言中指出调水调沙治河思想虽然处于发展过程中,已有实践经验也不完全,但我认为这种思想更科学,更符合黄河的实际情况,未来黄河的治理与开发,很可能由此而有所突破。正如黄委会主任李国英最近指出的,我们将由传统治黄进入调水调沙科学治理黄河的新时代。在当前应理清调水调沙思路,明确主攻方向,找出最有效的技术途径。最早提出水库调沙设想1,是美国学者葛罗同,萨凡奇在1946年治理黄河初步报告中提出,利用八里胡同水库控制洪水并发电,坝底设有排沙设备,每年放空排沙一次。下游河道之设计应能承受水库下泄洪水和泥沙,设计成宽500m,深5m的河道,可输送含沙量高达20%500kg/m3的河水。60年代三门峡水库泥沙问题暴露之后,也有人提出利用小浪底水库进行泥沙反调节的设想2。由于对河道输沙规律的认识不断深入,调水调沙的理论也在不断地发展与完善。回顾过去的发展过程,不断总结经验,有利于充分发挥小浪底水库的调水调沙作用。一、人造洪峰在河道输沙公式Qs=KQM中,m值一般为2,根据这一特点,人们提出利用人造洪峰排沙入海的设想,认为把小流量的水量集中起来,用大流量集中放,可以多输沙入海。为此1963年曾利用三门峡水库进行两次人造洪峰试验3,结果冲刷效果不好。在冲刷平均流量1477和1870m3/s,最大流量分别为3260和2900m3/s的情况下,冲刷只发展到艾山以上河段,艾山以下河段还发生淤积,从下游河床中冲刷入海1吨泥沙的用水量分别为81m3和58m3,详见表1。结果表明沿程冲刷过程中含沙量迅速恢复,冲刷速率降低,而发生塌滩展宽对下游河道的冲刷作用并不利。流量小时,还会出现上冲下淤,并且需要耗用大量宝贵的清水资源,才有一定的减淤效果。如在小浪底水库的规划设计阶段,曾设想在丰水年非汛期相机造峰,平均3年进行一次,用水量40亿m3,造峰流量5000m3/s,全下游减淤约0.6亿t,平均年减淤0.2亿t,用67亿m3水量输1亿t沙入海。人造洪峰减淤效果不好的原因,是其依据的河道输沙公式中没有考虑上站含沙量的影响。忽略了黄河河道具有多来多排的输沙特性,不仅全沙如此,属于造床质的粗泥沙也具有同样的输沙特性。考虑上站来沙的影响,河道输沙公式应为QS=KQaS上β,流量方次a为1.1~1.3,远小于2(含沙量的方次β为0.61.0,与河槽形态有关,宽浅河段只有0.60.8,窄深河段为1.0)。由于今后黄河水资源更加贫乏,这一调水调沙措施将逐渐失去意义。二、蓄清排浑在三门峡水库蓄水运用后库区淤积严重,潼关河床大幅度抬高,严重影响渭河。在不改建不行的压力下,基于黄河泥沙多,在年内分配不均匀,泥沙又主要集中在汛期,非汛期来水较清,及艾山以下河道流量大于3000m3/s,河道输沙特性呈现多来多排基本不淤,提出把非汛期的泥沙调到汛期排,利用非汛期来水含沙量低,蓄水拦沙发电、防凌,并进行水量调节尽可能满足下游灌溉用水需求3。在汛初降低坝前水位,利用汛期流量大,冲刷能力强,把汛期来沙连同非汛期淤在库内的泥沙全部排出库外,达到年内冲淤平衡。三门峡水库改建后,从1973年开始蓄清排浑运用,利用潼关以下槽库容进行调沙,因受到潼关高程及库区条件的限制,不能进行大幅度调节。每年汛初不管来水情况如何,都把运用水位降低,因此经常出现小水排沙,形成小水带大沙造成黄河下游主槽强烈淤积的不利局面。据1974年~1986年的资料统计,有26%的泥沙由流量小于2000m3/s排出,而龙羊峡水库投入运用后,因汛期大量蓄水,自19872000年却有48的泥沙由流量小于2000m3/s排出。详见表2。19741986年小于2000m3/s出现的天数年均307天,占全年的84,而19872000年小于20003/s出现的天数年均351天,占全年的96,只有14天流量大于2000m3/s,而前者为58天应当指出蓄清排浑的运用方式,是针对三门峡水库特定条件下形成的,在推广应用时应注意其特殊性。三门峡水库改建成功,说明通过汛期降低坝前水位,可以保持平滩以下的槽库容。对下游河道的减淤作用在改建时并没有进行过多的考虑,实际运用结果表明,虽然没有明显增加下游河道淤积,但下游河道的减淤效果不理想。随着龙羊峡等大型水库投入运用,汛期的基流与洪峰流量均在减小,冲刷能力减弱,三门峡水库的运用面临汛期无水排沙的新情况,既使是再降低水库的运用水位,也很难保持库区冲淤平衡,且利用小流量排沙会使下游河道进一步恶化,对防洪极为不利。由于三门峡水库蓄清排浑运用方式,是在特殊情况下形成的,其调节能力十分有限,不可能获得较大的调节库容和较强的泄空冲刷条件,使出库的含沙量的增幅受到限制,无法充分利用下游河道可能达到的输沙能力输沙入海,使黄河水资源的利用受到限制。三、利用来沙系数S/Q与河段排沙比关系调沙45从艾山以上洪峰时段的河段排沙比与流量及三、黑、小来沙系数间的关系可知,在各级来沙系数情况下,流量在5000m3/s~6000m3/s时排沙比均最大。而在流量一定时,随着来沙系数S/Q值的增大,河段的排沙比逐渐降低。在流量为5000m3/s~6000m3/s时,若来沙系数在0.03时含沙量150kg/m3~180kg/m3,三门峡至艾山河段的排沙比只有50%多当来沙系数减为0.008含沙量40kg/m3~50kg/m3时,河段的排沙比达120%在来沙系数约为0.01时,河段的排沙比为100%。从黄河下游河道应保持微冲微淤状态出发,有人提出把泥沙调成来沙系数为0.01左右输送的设想。其实河段排沙比为100%,只说明进出河段的沙量平衡,并不能说明泥沙在断面上冲淤情况。在黄河下游不论含沙量高低,洪水漫滩后均会造成滩地淤积,含沙量越高淤积越严重,但主槽往往会产生强烈冲刷。河段排沙比为100%,只说明滩地淤积量与主槽的冲刷量相等。并不表示河流输沙的力学关系,只表示不同的水沙搭配时,河段滩地淤积量与主槽冲刷量间的比例。以河段排沙比100%作为控制条件进行泥沙调节,要提高排沙水流含沙量只有增大流量,流量增加漫滩后又使河道排沙比降低,因此,不会取得显著的减淤效果。造成上述S/Q与河段排沙比之间的特有规律,主要是洪水漫滩的结果,若能控制水流在窄深主槽中输送,则河道的输沙效率就会提高。四、以调水为主的调水调沙运用方式6经分析研究,在21世纪来水减得多,来沙减得少,尤其是汛期水少沙多不利条件下,拟定10月~6月为蓄水径流调节期,7月~9月以调水为主的调水调沙运用方式(1)提高枯水流量,保证发电流量400m3/s,改善河道基流和保护水质条件。

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