三峡水库排沙比与水沙响应关系研究

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泥沙淤积影响水库综合效益的发挥,对水库的长期使用不利,三峡水库作为国家内河关键性工程,其淤积问题备受关注,排沙比是水库排沙效果的重要指标,在库区淤积问题研究中具有重要意义。随着三峡水库运行阶段向前推进,库区水沙运动特性发生改变,导致水库淤积和排沙比发生变化,针对变化后的库区排沙比研究尚少,因此本文基于三峡水库运行以来实测水沙、地形等资料,分析了新水沙条件下库区来水来沙特性、冲淤特性变化,通过入库控制站实测水沙数据,计算了不同阶段和不同时期库区排沙比,分析了排沙比特征及其变化,总结出影响三峡水库排沙比的主要影响因素,探讨了排沙比与其主要影响因素单因子和组合因子响应关系,构建了排沙比与主要影响因素间响应关系表达式,可为进一步缓解三峡水库淤积提供参考。主要研究内容及成果如下:
  (1)通过收集整理三峡水库基础资料,由选取的进出库控制站实测日均流量、含沙量计算每日进出库水沙量,求得不同阶段和时期淤积量与排沙比,分析表明三峡入库水沙量集中在汛期,库区不同阶段来水量变化不大,上游梯级水库投入运行后来沙量大幅减小,泥沙粒径细化,支流来沙占比相对增大,但入库水沙年内分布变化不大,累计淤积量逐年增加,泥沙淤积速度减缓。
  (2)根据沿程实测地形和水沙资料,分析了库区整体冲淤特性、沿程冲淤特性和纵、横断面冲淤特性,发现三峡水库运行以来淤积逐渐减小,淤积量和来沙量呈正相关,约92%的淤积发生在常年回水区,主要发生在宽谷和弯曲河段,河段形态和水流流速是影响淤积的关键因素,变动回水区的冲淤还受采砂影响,库区总体深泓线变化不大,部分淤高或冲深,断面淤积形态多样。
  (3)对比不同阶段排沙比特性,发现整体上围堰蓄水期排沙比最大,其次是试验性蓄水期,初期蓄水期最小,入库水沙量和坝前水位是影响排沙比的重要因素,对比年内不同时期,发现主汛期和非汛期排沙比较大,汛前消落期和汛后蓄水期排沙比相对较小,三峡水库排沙主要取决于汛期,以细沙排沙为主,粗沙淤落程度相对更重。
  (4)经过前述分析,总结了三峡水库淤积影响因素主要在于进出库水沙、坝前调度、河道形态和人为因素这四个方面,从工程运用角度出发,对进出库水沙、坝前调度两方面,包括流量Q、含沙量S(沙量)、泥沙粒径d和坝前水位Z这几个影响因素进行排沙比响应关系探讨,发现汛期排沙比与入库流量呈正相关,与坝前水位、滞洪时间V/Q呈负相关,在流量作用下排沙比与含沙量表现出正相关,但视作独立变量时呈负相关。
  (5)库区不同时段排沙比所受主要影响因素的作用不同,汛期长时段排沙比主要影响因素是滞洪时间,较短时段主要影响因素是滞洪时间,其次是出入库流量系数、最后是含沙量,除此以外还受泥沙粒径和其他因素综合影响。主汛期排沙比主要影响因素是滞洪时间,非汛期排沙比主要影响因素是含沙量,汛前消落期和汛末蓄水期受各因素综合影响较强;随着水库运行阶段向前推进,排沙比与单一影响因素间响应关系逐渐变差,受各因素综合作用增强,水库后续调度运行中尽量避免滞洪时间为16天左右的情况。
  (6)通过排沙比与主要影响因素间响应关系分析,本文构建了年度汛期和汛期月度排沙比与主要影响因素的响应关系式,通过与已有排沙比公式对比,分析得出该排沙比响应关系式能较好地反映三峡水库排沙比与主要影响因素间关系,可为后续研究和提出更有效的排沙措施提供参考。
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