河床演变学-水库淤积及其防治

1第十一章水库淤积及其防治第一节水库淤积的现象和规律①、三角洲淤积形态②、带状淤积形态③、锥体淤积形态一、水库淤积形态㈠、淤积纵剖面形态基本类型：2第一节水库淤积的现象和规律一、水库淤积形态㈠、淤积纵剖面形态三角洲淤积区分为五段：①尾部段；②顶坡段；③前坡段；④异重流淤积段；⑤坝前淤积段。1、三角洲淤积形成条件：库容大，来沙粒径粗，库水位变幅小，库区地形开阔（如湖泊型水库）的水库中。3第一节水库淤积的现象和规律一、水库淤积形态㈠、淤积纵剖面形态1、三角洲淤积挟沙水流处于超饱和状态，水流对泥沙的分选作用明显，淤积物主要是推移质和悬移质中较粗部分的泥沙。①、三角洲尾部段的特点4第一节水库淤积的现象和规律一、水库淤积形态㈠、淤积纵剖面形态1、三角洲淤积挟沙水流已趋于饱和，顶坡段坡面与水面线接近平行，水流接近于均匀流。顶坡上床沙组成沿程变化不大，无明显的床沙沿程细化现象。②、三角洲顶坡段的主要特点5第一节水库淤积的现象和规律一、水库淤积形态㈠、淤积纵剖面形态1、三角洲淤积水深陡增，流速剧减，挟沙力大大减小，水流再次处于超饱和状态。大量细颗粒泥沙在此淤积。淤积物组成沿程变化较大，再一次出现明显的分选作用，床沙沿程细化。③、前坡段特点6第一节水库淤积的现象和规律一、水库淤积形态㈠、淤积纵剖面形态1、三角洲淤积淤积泥沙粒径组成较细，粒径沿程几无变化，基本上不存在分选作用。淤积物分布比较均匀，其淤积纵剖面大致与库底平行。④、异重流淤积段的特点7第一节水库淤积的现象和规律一、水库淤积形态㈠、淤积纵剖面形态1、三角洲淤积落淤的泥沙全为细颗粒泥沙，淤积物表面往往接近水平。⑤、坝前淤积段特点8第一节水库淤积的现象和规律一、水库淤积形态㈠、淤积纵剖面形态水库淤积特点：淤积物自坝前一直分布到正常高水位的回水末端，呈均匀的带状淤积形态。图11-2丰满水库淤积纵剖面1－原平均河底高程；2－淤积后平均河底高程2、带状淤积9第一节水库淤积的现象和规律一、水库淤积形态㈠、淤积纵剖面形态图11-2丰满水库淤积纵剖面1－原平均河底高程；2－淤积后平均河底高程2、带状淤积带状淤积可分为三段：①变动回水区；②常年回水区行水段；③常年回水区静水段。形成条件：含沙量小，粒径细，库水位变幅大。这种淤积形态一般出现在河道型水库中。10第一节水库淤积的现象和规律一、水库淤积形态㈠、淤积纵剖面形态2、带状淤积①、变动回水区主要特点淤积泥沙较粗，分布比较均匀。11第一节水库淤积的现象和规律一、水库淤积形态㈠、淤积纵剖面形态2、带状淤积淤积物细，淤积范围长，分布也较均匀。②、常年回水区行水段主要特点12第一节水库淤积的现象和规律一、水库淤积形态㈠、淤积纵剖面形态2、带状淤积淤积物为极细颗粒泥沙，淤积分布极为均匀。③、常年回水区静水段主要特点13第一节水库淤积的现象和规律一、水库淤积形态㈠、淤积纵剖面形态水库淤积特点：坝前淤积多，淤积呈锥体状；先在坝前淤积，后向上游发展。3、锥体淤积图11-3陕西黑松林水库淤积纵剖面1－原河床；2－淤积后槽河床；3－淤积后滩面14第一节水库淤积的现象和规律一、水库淤积形态㈠、淤积纵剖面形态3、锥体淤积图11-3陕西黑松林水库淤积纵剖面1－原河床；2－淤积后槽河床；3－淤积后滩面形成条件：水库回水段短、底坡陡、坝身低，进库沙量大是形成锥体淤积的主要条件。其次异重流淤积也是重要原因之一。15第一节水库淤积的现象和规律一、水库淤积形态㈠、淤积纵剖面形态4、影响水库纵剖面淤积形态的主要因素①、入库水沙特性②、水库壅水程度及坝前水位变幅③、水库库容及库区形态④、水库运用方式等5、水库纵剖面淤积形态的判别式16第一节水库淤积的现象和规律一、水库淤积形态①、淤积面水平抬升㈡、淤积横断面形态1、淤积的横向分布②、沿湿周等厚淤积③、淤槽为主④、淤滩为主17第一节水库淤积的现象和规律一、水库淤积形态㈡、淤积横断面形态2、淤积后冲刷形态“淤积一大片，冲刷一条线”：库水位较高时，只要水到之处无论滩槽都发生淤积，淤积在全断面发生，大片平淤的结果使滩槽形态不甚分明；库水位较低时，水库挟沙能力较强，又会在库区冲出一条深槽，使滩槽更加分明，形成“冲刷一条线”。18第一节水库淤积的现象和规律一、水库淤积形态㈡、淤积横断面形态2、淤积后冲刷形态“死滩活槽”库区滩地一般只淤不冲，而主槽则有冲有淤。亦即淤积在滩地上的泥沙绝大部分不能排走，因而滩面逐年淤高，形成“死滩”。而主槽虽然在库水位高时淤积，但水位较低时或泄空时，淤积在主槽内的泥沙则大部分被冲走。从多年平均看，总能出现一条相对稳定的“活槽”。19第一节水库淤积的现象和规律一、水库淤积形态㈡、淤积横断面形态2、淤积后冲刷形态“淤积一大片，冲刷一条线”、“死滩活槽”说明：滩地库容一旦损失是不容易恢复的，而主槽所损失的库容则可以在采用合理的运用方式的条件下得到恢复。因此，在水库的管理运用上要尽量保持水库的有效库容。即一方面尽可能保持滩地库容，这就要求汛期进库水流含沙量高时，合理确定坝前水位，尽量使水流不漫滩，减少滩地淤积。另外，尽可能采用蓄清排浑运用方式，使水库有泄空冲刷的条件。同时也可采取降低底孔位置等方法以增大泄流能力，力求使主槽冲刷时能冲得深、拉得宽，确保一定的主槽库容。20第一节水库淤积的现象和规律淤积物中值粒径自上而下沿程细化，但这种细化过程并不是逐渐完成的，往往是集中在某些区段中。比如三角洲淤积形态的水库中，泥沙细化主要集中在三角洲尾部段和三角洲前坡段。二、水库淤积物的组成㈠、悬移质淤积1、水库悬移质淤积物组成的基本特点21第一节水库淤积的现象和规律二、水库淤积物的组成㈠、悬移质淤积a、对于滩槽分明的变动回水区，一般是主槽较粗，滩地较细。对于滩槽不太分明的常年回水区，主槽和滩地淤积物都比较细，无明显差异。2、水库淤沙粒径在平面上的分布特点22二、水库淤积物的组成㈠、悬移质淤积2、水库淤沙粒径在平面上的分布特点b、无论是主槽还是滩地，一般都是水深处淤沙较细，水浅处较粗；静水处淤沙较细，动水处较粗；淤沙厚的部位粒径较细，反之较粗。23二、水库淤积物的组成在水库中，推移质的淤积量一般很少，一般仅出现在变动回水区的上中段，其淤积物沿程也是逐渐细化的，自上而下依次出现卵石淤积、沙卵石淤积，砾石及粗、中、细沙淤积。㈡、推移质淤积㈢、淤积物干容重（干密度）24三、水库淤积上延现象——水库“翘尾巴”现象淤积自正常蓄水位回水末端向上游发展的现象，称为水库淤积上延现象，俗称“翘尾巴”现象。1、水库淤积上延现象的概念25三、水库淤积上延现象——水库“翘尾巴”现象汛期运用水位与原河床纵剖面的交点，作为回水末端初始淤积起点，如淤积发展到这一点的上游，则水库淤积出现了翘尾巴现象。翘尾巴长度2、翘尾巴现象的判断①、定性判断翘尾巴高度26三、水库淤积上延现象——水库“翘尾巴”现象2、翘尾巴现象的判断②、翘尾巴现象的定量判别式

或

（11-8）27三、水库淤积上延现象——水库“翘尾巴”现象2、翘尾巴现象的判断③、判别式的推导

（11-5）（11-4）（11-3）28三、水库淤积上延现象——水库“翘尾巴”现象2、翘尾巴现象的判断③、判别式的推导（11-3）29三、水库淤积上延现象——水库“翘尾巴”现象2、翘尾巴现象的判断③、判别式的推导（11-6）（11-7）30三、水库淤积上延现象——水库“翘尾巴”现象2、翘尾巴现象的判断③、判别式的推导（11-7）

或产生翘尾巴的临界条件应为（11-8）常为小于1的正值

31三、水库淤积上延现象——水库“翘尾巴”现象（11-7）

3、翘尾巴现象的讨论①、在给定相对水深的条件下，翘尾巴相对长度与相对高度随相对比降的增大而增大；在给定相对比降的条件下，翘尾巴相对长度与相对高度随相对水深的增大而减小。32三、水库淤积上延现象——水库“翘尾巴”现象（11-7）

3、翘尾巴现象的讨论②、相应于原河床比降甚大，而新平衡比降甚小。这可能在下述情况下出现，即原河床组成为基岩，推移质及悬移质均处于次饱和状态，而淤积达到平衡时的床沙组成则为悬移质淤积物。这种情况有利于使值甚小，从而使翘尾巴的相对长度和相对高度甚小。33三、水库淤积上延现象——水库“翘尾巴”现象（11-7）

3、翘尾巴现象的讨论②、相应于原河床比降较小，而新平衡比降与之接近。这可能在两种情况下出现，一种是原河床组成为粗颗粒卵石，而淤积达到平衡时床沙组成仍为同样的粗颗粒卵石，悬移质在建库前后均处于次饱和状态；另一种是原河床组成为悬移质，而淤积达到平衡时的床沙组成仍为同样的悬移质。这两种情况均有利于使值趋向1，从而使翘尾巴的相对长度和相对高度趋向无穷大。34三、水库淤积上延现象——水库“翘尾巴”现象（11-7）

3、翘尾巴现象的讨论，则相应于水库不发生淤积，自然不存在翘尾巴现象；③、相应于水库雍水程度无限高，此时相对水深值可从式（11-7）中剔除，即相对水深对翘尾巴的影响可忽略不计，当为定值时，翘尾巴相对较远；35三、水库淤积上延现象——水库“翘尾巴”现象（11-7）

3、翘尾巴现象的讨论另外，还可看出，无论是多沙河流或少沙河流，只要淤积后的河床组成与原河床组成接近相等，则接近于，方程式右侧分母趋向于零，翘尾巴相对长度和相对高度理论上趋向于无穷大，翘尾巴现象将十分严重。④、分析式（11-7）可明显看出，多沙河流的翘尾巴现象一般比少沙河流严重。这是因为在其他条件相同情况下，多沙河流的平衡比降要大得多的缘故，36三、水库淤积上延现象——水库“翘尾巴”现象（11-7）3、翘尾巴现象的讨论三门峡水库修建后，回水末端以上的黄河北干流和渭河翘尾巴比较严重，一个原因是水库雍水较高，更重要的原因是水库淤积物组成与原河床组成比较接近，因而淤积比降与原河床比降比较接近。37三、水库淤积上延现象——水库“翘尾巴”现象4、翘尾巴的最大淤积厚度（11-9）（11-7）（11-6）（11-10）384、锥体淤积特点及形成条件如何？1、水库淤积纵剖面形态可分为哪几种基本类型？水库中三角洲淤积的形成条件是什么？2、根据水库淤积纵剖面形态及床沙粒径沿程变化特点，可将三角洲淤积区分为哪几段？简述各段的主要主要特点。3、带状淤积的特点、形成条件如何？根据水库运行情况和水流泥沙运行特点，带状淤积可分为哪几段？6、解释水库“翘尾巴”现象。由翘尾巴相对长度和相对高度与相对比降和相对水深的关系式（11-7），说明为什么三门峡水库修建后，回水末端以上的黄河北干流和渭河翘尾巴比较严重，你认为可采取什么措施来减轻黄河北干流和渭河的翘尾巴现象，从而达到降低潼关高程的目的。5、解释水库“淤积一大片，冲刷一条带”和“死滩活槽”的冲淤规律。水库的上述冲淤规律对水库运用管理有何有益的启示？思考题39第三章作业题1、从理论上推导均衡河流河相关系的方法如何？如何补充第四个约束条件？2、在一条河流上，下游测站A的平滩流量是上游测站B处平滩流量的4倍，试估算测站A处平滩流量下的水面宽比测站B处大多少？（提示：利用Leopold河宽与流量关系求解）3、推求Leopold沿程河相关系中系数和指数的约束关系。40第四章作业题1、令B1、h1为浅滩整治前整治水位时的宽度和平均水深；B2、h2为浅滩整治后整治水位时的宽度和平均水深。分别从悬移质和推移质造床考虑，利用水沙平衡原理，推导整治线宽度的表达式。2、有一浅滩河段，因航深不够，需要进行整治，已知在设计流量Q时，未整治前河道宽度、平均水深分别为B1、h1，现采用缩窄河宽的办法，使其平均水深增大为h2，设该河段以推