浅谈水库泥沙淤积计算方法在工程中的应用
浅谈河流泥沙及淤积防治措施
浅谈河流泥沙及淤积防治措施随着我国水利水电建设事业的蓬勃发展，河流泥沙防治措施越来越多，河工模型设计理论和试验技术均获得了显著的成就，并具有自身特点，现已成为解决各种水利工程问题的一种普遍公认的有效工具，其在河流治理开发与保护中的作用也愈来愈大。
标签：河流泥沙；淤积现象；河工模型一、泥沙及其特性（一）什么是泥沙泥沙是河水挟带的岩土颗粒。
天然河流中常常挟带着大量的泥沙，河流中的泥沙主要是流域表面的土壤受暴雨或融雪冲刷后，汇入河流而形成的。
河槽本身的冲刷，包括河底冲刷和河岸冲刷，也是河流泥沙的一个来源。
此外，风沙的沉积会使河流的含沙量增加，不过这部分泥沙所占的比重很小。
（二）泥沙的特性有泥沙颗粒的特性和泥沙群体的特性两种。
泥沙颗粒的特性主要有：1、重度，单位体积泥沙颗粒的重量，以千克/米3表示，其数值随泥沙的岩性不同而异，矿物成分主要是石英和长石，泥沙的重度一般约2650千克/米3。
2、粒径，泥沙颗粒大小的一种量度，有不同方法表示。
常用的有等容粒径即体积与泥沙颗粒相等的球体的直径；筛径，即用具有不同孔径的标准筛，对泥沙进行分筛求出的粒径；沉降粒径，即根据粒径与沉降速度的关系算出的粒径等。
3、沉速，指泥沙颗粒在无边界静水内的沉降速度，以米/秒或毫米/秒表示。
它也可作为泥沙颗粒大小的一种量度，故又称泥沙的水力粗度。
沉速综合反映颗粒和水的特性，因河流泥沙而是泥沙运动的一个重要参数。
4、细粒泥沙表面的物理化学性质，主要决定于颗粒表面双电层和吸附水膜的性质。
细颗粒泥沙的絮凝和分散等现象都与双电层和吸附水膜的结构有关。
（三）影响河流挟沙的因素影响河流挟沙的因素很多，综合起来有两个：一是气候因素，二是下垫面因素，气候因素中影响最大的是降水。
干旱地区植被较差，土壤含水量不足，使土壤变得松散，很容易被地面径流冲到河中。
降水强度的大小对河流挟沙也有影响。
降水强度大，地面径流增加，侵蚀加剧，使泥沙增多。
下垫面因素，如土壤、植被和地形等的差异，都会影响河流泥沙含量的多少。
沈家河水库设计泥沙淤积量计算分析
沈家河水库设计泥沙淤积量计算分析水库泥沙淤积量的计算是水库设计中的一项重要内容，文章对几种主要计算方法进行简要介绍、计算、分析，对方法选择提出了建议，为水库设计淤积量合理选用提供了依据。
标签：泥沙淤积量；计算；分析沈家河水库为清水河上游一座多年调节的中型水库，是原州区最大的灌区之一，也是原州区粮油生产及蔬菜供应基地，灌区设计最大灌溉面积3.3万亩，水库于1959年建成，总库容4749万立方米，至2012年55年总淤积量2315万立方米，年平均淤积42.1万立方米，有效库容2434万立方米，现库容无法满足下游工农业生产的需求，固原市原州区规划对沈家河水库进行提升改造，而水库的设计淤积量是水库设计中一项重要内容，对水库的寿命至关重要，直接影响水库的设计坝高、投资，因此合理计算分析水库的淤积量非常必要。
1 概况沈家河水库位于原州区头营镇沈家河村，东经106°15′32.8”，北纬36°06′11.4”，距固原市12km，集水面积313km2，河长约39.5km，水库流域系典型黄土丘陵区，地势基本走向为南高北低、西高东低，地貌以黄土覆盖的丘陵和河谷平原，海拔高程在1652～2480m之间。
上游建有中庄中型水库，贺家湾、大马庄、郭庙、青石峡、清溪沟5座小（一）型水库，黑刺沟、饮马河、柯庄3座小（二）型水库，除中庄水库在建、贺家湾水库新建，其它水库均已除险加固，上游水库面积占沈家河水库面积的29.4%，水库基本情况见表1。
表1 区域水库基本情况一览表水库流域设有青石咀、开城、郭庙、柯庄、二十里铺、青石峡、吕家庄、沈家河8处雨量站，在清水河干流设有原州、固原、什里铺水文站，站网密度相对较大，资料系列较长，具有代表性。
（1）固原水文站1966年设立，集水面积210km2，2009年4月撤销。
主要观测项目有水位、流量、泥沙、降水量、水化学等，实测最大流量为491m3/s（1978年7月10日）。
水库泥沙淤积计算方法及其在工程中的应用
ｃ 假定河床 发生冲撒 的过 程 中， ） 在某一 微小 时段 内， 对
水流条件的影响不 大： １２ 基本方程式 ，
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作者简介 ： 浦承橙 ． ， 男 主要从事防ｊ工程 和水库泥沙淤积计算工作。 共 １ ４
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根据有限 差丹 法 ， 述方程式 的差分形式 可写为 ： 水 流连续方 程式 ： ＋ ＋ ： （） ７
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人 民珠 江
Ｐ Ｍ ＬＲＶ Ｒ－０２年第 ２期 Ｅ Ｒ ＩＥ ２Ｏ
水库 泥 沙淤积 计 算 方法 及 其 在 工 程 中 的应 用
浦 承松 ， 谢 波
（ 南省水利 水电勘测设 计研 究院， 南 昆明 ６ ２ ） 云 云 铷 １
摘
要： 水库泥 沙雒积计算 ， 作为水库 工程设 计的 重要 组成部分 ， 直接影 响到 工程 设计的质 量 ：针 对不 同的 适用
分为若干时段 ， 时段 内的流 量 、 将 含沙量 看成 是恒定 的。时
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水库泥沙冲淤分析计算
水库泥沙冲淤分析计算引言：水库是水资源调配、水能利用和洪水防治的重要工程，但是由于水库上游的河流携带大量的泥沙，常常造成水库的冲淤问题。
因此，对水库的泥沙冲淤进行分析和计算，对于合理设计水库以及有效防止泥沙淤积具有重要意义。
一、水库泥沙冲淤分析水库泥沙主要来自上游河流的冲刷、侵蚀和自然沉积等过程。
通过对上游河流的泥沙输沙率、输沙浓度、输沙密度等参数的测量和分析，可以预测水库的泥沙输入量。
2.泥沙输移分析：泥沙在水库中的输移过程是一个复杂的动力学过程。
通过建立泥沙输移模型，考虑水库的流动、湍流、沉积、悬移负荷等因素，可以分析泥沙在水库中的输移规律。
3.水库冲淤分析：水库的冲淤是指由于泥沙的淤积和冲刷作用，导致水库内部水深的变化。
通过对水库的水位和泥沙淤积的监测和分析，可以计算水库的冲淤量。
二、水库泥沙冲淤计算1.泥沙输入计算：根据上游河流的泥沙输沙率和水库上游面积，可以计算出每年输入水库的泥沙量。
泥沙输沙率的计算可以通过现场测量或者借助河流流量和泥沙浓度的关系公式进行计算。
2.泥沙输移计算：根据泥沙输移模型，考虑水库的流动特性、悬移负荷、沉积速率等因素，可以计算出泥沙在水库中的输移量。
输移过程可以采用数值模拟方法，结合实际数据进行计算和验证。
3.冲淤量计算：根据水库的水位和泥沙淤积的测量数据，可以计算出水库的冲淤量。
冲淤量可以通过净淤积量和淤积面积的乘积来计算，也可以通过冲淤前后水位和底床标高的差值来计算。
三、水库泥沙冲淤分析计算的应用水库泥沙冲淤分析计算在水库设计、建设和运营中具有重要的应用价值。
通过对泥沙输入和输移的分析，可以合理设计水库的泥沙过闸设施，有效控制泥沙的进入。
通过对冲淤量的计算，可以及时采取清淤措施，避免泥沙淤积对水库堆养生态环境和水能利用带来的影响。
结论：水库泥沙冲淤分析计算是水库设计和管理的重要内容，通过该分析和计算可以对水库的冲淤问题进行预测和控制，保证水库的正常运行和安全性。
浅谈水库清淤设计的必要性和淤泥处理措施——以荆门市刘嘴水库为例
浅谈水库清淤设计的必要性和淤泥处理措施——以荆门市刘嘴水库为例摘要：水库作为调控水资源时空分布，优化水资源配置的重要工程设施，在经济发展和环境保护方面有着不可替代的重要地位。
水库淤积问题导致水库兴利功能弱化，供水、防洪及生态保障能力下降，工程效益衰减，制约着区域经济社会发展。
本文分析了水库清淤设计的必要性，并简要说明了淤泥清除方式和处理措施，仅供参考。
关键词：水库；清淤量计算；淤泥清除；淤泥处理1 水库基本概况刘嘴水库位于荆门市漳河新区漳河镇刘院村，是一座以灌溉为主，兼有防洪等综合效益的小（二）型水库。
水库于1977年11月动工兴建，1978年1月竣工投入运行，坝址以上承雨面积0.5km³，水库校核洪水位99.06m，设计洪水位98.61m，正常蓄水位98.00m，汛期限制水位97.00m，死水位93.50m。
水库总库容18.96万m³，调节库容13.80万m³，死库容1.2万m³。
水库下游保护耕地0.15万亩，人口1000人，设计灌溉面积0.1万亩，有效灌溉面积0.06万亩。
水库大坝为均质土坝，水库大坝于2013年11月开始对主体工程进行除险加固，次年1月底下闸蓄水。
2 项目建设必要性刘嘴水库运行四十多年来，发挥了巨大防洪效益，并取得了一定的经济效益。
2020年，荆门市水利勘察设计院组织人员对刘嘴水库开展了相关的勘测工作，通过水下测量，重新对水库的库容进行了分析，水库现状总库容约为11.52万m³，较原设计总库容减少了7.44万m³，库容缩减率为39.24%，库容的减少给当地的防洪和农业灌溉造成了很大的影响，严重制约着当地的农业经济发展。
提高水库的供水灌溉能力，必然要增加水库的兴利库容。
可操作的方法有两种：一是加高大坝增加水库总库容；二是在不增加总库容情况下进行淤积清理，腾出较大的兴利调节库容。
综合考虑，水库清淤方案技术难度较小，无移民及淹没问题，水库清淤是刘嘴水库增加兴利库容，调节供水量的合理方案。
水库泥沙淤积计算
水库泥沙淤积计算水库泥沙淤积是水库运行过程中不可避免的问题，它严重影响着水库的储水能力和防洪能力，因此需要进行淤积计算和淤积处理。
水库泥沙淤积计算是指根据水库来水量、悬移质含量及水库设计参数，预测和评估水库内泥沙的变动情况。
本文将从计算方法、影响因素、淤积处理等方面进行分析。
一、计算方法水库泥沙淤积的计算方法有多种，其中包括定量法、定性法和统计法等。
定量法一般是根据水库来水量、泥沙含量及输沙通量对泥沙淤积量进行量化计算。
其中，泥沙输沙通量可以通过测量泥沙的入库量和出库量来获得，来水量可以通过水文站点或流量站点的数据进行获取，泥沙含量可以通过定期对水库内的泥沙含量进行取样分析得到。
定性法则是根据水库淤积的观测结果、工程经验和相关理论，对淤积量进行近似估计。
统计法则是通过对历史水文数据和泥沙数据进行分析，建立统计模型，从而预测未来的泥沙淤积情况。
二、影响因素水库泥沙淤积的程度和速度受到多种因素的影响，其中包括来水量、泥沙输沙通量、水库设计和操作措施等。
来水量是泥沙进入水库的主要因素，来水量的大小直接影响着泥沙的输送和淤积情况。
泥沙输沙通量则是衡量泥沙进出水库的动态平衡度的重要指标，输沙通量的变化趋势会直接影响水库中泥沙的淤积速度。
水库设计和操作措施则是通过控制水库进出口流量、泄洪策略等手段来减少泥沙的淤积，它们对水库淤积情况的影响不可忽视。
三、淤积处理对于水库泥沙淤积问题，可以采取一系列的淤积处理措施。
其中，清淤是最常见也是最直接的处理措施，通过清除水库沉积物来提高水库的容积和防洪能力。
清淤可以采用机械清淤、人工清淤、水力冲刷等方法，根据淤积量的不同和水库的实际情况选择合适的处理方法。
此外，还可以通过在水库入库口设置泥沙过滤设施、改变水库运行策略等手段来减少泥沙的进入和淤积。
总之，水库泥沙淤积计算是水库管理中的重要环节，它关系着水库的正常运行和防洪能力。
通过合理的计算方法和淤积管理措施，可以预测和控制水库的淤积情况，保证水库的稳定和安全运行。
山区多沙水库干支流泥沙淤积数学模型及应用
山区多沙水库干支流泥沙淤积数学模型及应用陈珺;舒彩文;武见;梅志宏;谈广鸣【摘要】针对我国西部山区多沙河流存在急流、含沙量大的特点,建立了山区水库干支流一维非均匀非饱和输沙数学模型,模型采用一阶迎风格式对运动方程对流项进行离散,能够模拟山区河道急流.模型验证表明,计算水库淤积具有较好的精度.对戛洒江一级水电站运行后库区干支流泥沙淤积预测表明:水库呈现三角洲淤积态势,干流库区运行100-a总淤积量为13.75亿t,未达到冲淤平衡,支流库区运行80-a总淤积量为8.8亿t,达到冲淤平衡;水库运行100-a后总库容损失率为57.53%.【期刊名称】《河海大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(038)006【总页数】5页(P693-697)【关键词】山区河流;多沙水库;非饱和输沙;数学模型;戛洒江水电站【作者】陈珺;舒彩文;武见;梅志宏;谈广鸣【作者单位】河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏,南京,210098;武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北,武汉,430072;黄河勘测规划设计有限公司,河南,郑州,450003;中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院,云南,昆明,650051;武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北,武汉,430072【正文语种】中文【中图分类】TV145我国西部地区水能资源丰富,大力开发水电资源实现西电东送,是我国西部大开发战略的重要组成部分.西部地区部分河流水土流失较为严重,含沙量较高,以元江为例,干流多年平均含沙量为3.5～4.3kg/m3,部分河段最大含沙量超过15kg/m3,在元江等多沙河道修建水库后泥沙问题将较为突出,因而预测建库后库区泥沙淤积对于工程的优化设计与运行具有重要的意义.目前预测水库泥沙淤积常采用一维水沙数学模型[1-5],国外比较有影响的一维模型有HEC-6模型[6]、FLUVIAL-12模型[7]、MIKE11模型[8]等,这些模型常用于低含沙冲积河流的冲淤计算,对于存在急流的山区多沙河流的冲淤计算不太适用.本文针对山区多沙河道水沙运动的特点,建立了适用于该类河流的一维非均匀非饱和输沙数学模型,将模型应用于元江上游戛洒江水电站库区泥沙淤积计算,计算结果可为水库设计与运行提供依据.1 模型建立1.1 基本方程一维非均匀非饱和输沙数学模型的基本方程如下:水流连续方程水流运动方程泥沙连续方程河床变形方程式中:x——沿程距离;Q——流量;Z——水位;g——重力加速度;B——河宽;t——时间;ql,ul,Sl——侧向入流的单宽流量、流速和含沙量;A——过水断面面积;R——断面水力半径;β——动能修正系数;n——糙率系数;S——断面平均含沙量;S*——水流挟沙力;u——断面平均流速;ω——泥沙颗粒沉速;ρ——泥沙干密度;α——恢复饱和系数;Gb——推移质输沙率.1.2 方程离散及求解求解一维非恒定水流基本方程组采用有限体积法,此方法的特点是水量保持守恒.模型针对山区河道存在急流的特点,对运动方程的对流项采用一阶迎风格式进行离散,由于该格式求解非线性对流扩散方程时能获得相当高的精度[9],能够较好地模拟山区河道为急流时的水流运动,离散后的方程为水流连续方程式中上角标为“0”的量表示上时刻的值.1.3 补充方程1.3.1 水流挟沙力公式采用张瑞瑾水流挟沙力公式[10]:分组水流挟沙力S*k采用窦国仁模式[11]:其中式中:S*——水流挟沙力;S*k——第k组沙水流挟沙力;K,M——水流挟沙力系数和指数;U——断面平均流速;——泥沙平均沉速;P*k,Pk——第 k组沙水流挟沙力级配和悬沙级配;ωk——第k组沙对应的沉速;N——非均匀沙粒径组数;β——指数.1.3.2 推移质输沙率单宽推移质输沙率采用输沙经验关系式[12]:其中式中:vd——近底流速;d,d50——单组床沙粒径和非均匀沙中值粒径;h——平均水深.1.4 支流入汇处理考虑到支流入汇对干流的影响,方程(1),(2)和(3)均在等式右侧增加了侧向入流项的处理,而对于支流入汇后干流含沙量的计算,采用以下公式:式中:Qm,Sm,Qc,Sc——干、支流入汇前上游最近断面的流量和含沙量;Q0,S0——入汇后首个干流断面的流量和含沙量.2 模型应用2.1 戛洒江水电站简介戛洒江一级水电站位于元江干流上游戛洒江河段,坝址流域面积为1.81万km2,库区由上游石羊江段和支流绿汁江组成,干流石羊江库区平均比降约0.298%,支流绿汁江库区平均比降约0.3%,库区河道平面图见图1.大坝为面板堆石坝,最大坝高135 m,装机容量200MW.水库总库容14.79亿m3,有效库容为6.72亿m3,正常蓄水位为675m,死水位为660m.坝址处多年平均流量135m3/s,多年平均入库沙量为2840万t,多年平均含沙量为6.06kg/m3,历史最大含沙量超过18.0kg/m3.戛洒江具有径流小、含沙量高的特点.本文应用所建多沙水库干支流泥沙淤积数学模型,对戛洒江水电站的泥沙淤积问题进行研究.2.2 计算范围及边界条件2.2.1 计算范围与断面布置计算范围包括干流石羊江长约60km河段(进口断面S1到坝址处),以及支流绿汁江长约50km河段(进口断面L1到支流入汇点),图1为水电站库区平面示意图.其中石羊江共布置47个断面,平均间距1.3km,支流绿汁江共布置41个断面,平均间距1.2km.2.2.2 边界条件模型进口边界条件为水库干支流进口断面的流量和含沙量值,出口边界为坝址处水位.由于模型进口断面处无水文站,其水沙过程通过坝址处元江水文站提供的水沙资料分配推算.其中,进口采用1988—1997年共10a的水文泥沙资料作为计算系列,年平均流量为121.94m3/s,年平均含沙量为7.09kg/m3,属于小水大沙的年份系列,入库悬沙中值粒径0.028mm.出口坝址正常蓄水位为675m,6—8月汛限水位为655m,9月汛限水位为665m.模拟水库100a泥沙淤积过程时,选取1988—1997年的水沙系列为边界条件,前后连续计算10次共1200个月,模型计算时间步长为60s.图1 戛洒江一级水电站库区示意图Fig.1 Reservoir area of Jiashajiang Hydropower Station2.3 有关计算参数的选取由于缺乏实测资料对模型挟沙力系数率定,采用平衡输沙的方法,假定河道建库前多年平均含沙量和水流挟沙力基本相等来确定系数.率定结果为:石羊江K平均值为0.93;绿汁江K平均值为1.16,M平均值为0.92.干支流糙率值通过实测水面线资料率定,糙率范围为0.035～0.060.恢复饱和系数α在淤积时取为0.25,冲刷时取为1.0[13].2.4 模型验证图2为2006年6月25日至9月30日石羊江干流25号断面(坝上游33km)实测水位和模型计算值对比图,从图中可见两者最大误差不超过10cm,满足工程要求.由于缺乏水库泥沙冲淤验证资料,采用与戛洒江水电站相似的陡滩口水库泥沙淤积资料进行验证.图3为陡滩口水库淤积平衡后的沿程计算冲淤量与模型试验模拟冲淤量对比图,两者误差较小.所建一维非均匀非饱和输沙数学模型计算水库泥沙冲淤具有较好的精度.图2 水位实测与计算结果对比Fig.2 Comparison between observed and simulated water levels图3 陡滩口水库沿程冲淤量验证Fig.3 Verification of deposition amount in Doutankou reservoir2.5 水库淤积计算成果分析2.5.1 河床纵横剖面变化水电站运行100a期间,库区河道干流和支流河床纵剖面变化过程见图4.由图4可知,库区干支流泥沙均呈现三角洲淤积形态,三角洲淤积顶点随着水库运行年限的增加逐渐向坝前推移,但淤积速度逐渐变缓.由于干流库区泥沙淤积速度大于支流库区,当水库运行40 a后,干流库区泥沙淤积到支流入汇口附近,干流部分泥沙进入支流绿汁江库区发生淤积,使得绿汁江淤积加快,支流库区在运行80a后达到冲淤平衡.2.5.2 水库库区泥沙淤积及排沙比分析表1为戛洒江库区干流、支流及整个库区泥沙累积淤积总量及排沙比计算结果.由表1可见,在计算年限100a内,水库一直处于淤积状态,干流库区运行100a后未达到冲淤平衡,总淤积量为13.75亿t,排沙比达到85.78%,支流库区运行80a后达到冲淤平衡,总淤积量为8.8亿t,排沙比达到100%.2.5.3 库容变化水库初始运行时正常蓄水位675m,水库总库容、死库容和有效库容分别为14.79亿m3、8.07亿m3和6.72亿m3.水库运行后泥沙淤积导致库容损失,表2为戛洒江一级电站运行后库容变化情况及库容损失率情况.从表2可以看出,水库泥沙不断发生淤积,库容损失不断增加.水库运行40a后,死库容损失率接近50%,运行至100a,死库容损失率达到100%,有效库容损失率为6.53%,总库容损失率为57.53%. 图4 库区河道深泓线变化Fig.4 Evolution of talweg in reservoir area表1 戛洒江库区泥沙累积淤积总量及排沙比计算结果Table 1 Simulated results of total sediment deposition amount and delivery rate in Jiashajiang reservoir area注:水库运行40～60a期间,干流库区泥沙进入支流库区,支流库区排沙比为负值.水库运行时间段/a淤积总量/万t 排沙比/%干流支流库区累计干流支流0～10 17338 12333 29671 1.03 1.17 10～20 16572 12054 58297 5.40 3.40 20～30 15810 11588 85695 9.75 7.14 30～40 15694 11660 113049 10.41 6.56 40～50 16116 13229 142394 8.00-6.01 50～60 14748 14572 171713 15.81-16.77 60～70 15551 9102 196367 11.22 27.06 70～80 13057 3465 212889 25.46 72.23 80～90 10105 0 222994 42.32 100 90～100 2491 0 225485 85.78 100表2 建库后戛洒江水库库容损失特征值Table 2 Values of loss rate of storage in Jiasajiang reservoir时间/a 有效库容/亿m3有效库容损失率/%死库容/亿m3死库容损失率/%总库容/亿m3总库容损失率/%0 6.72 0 8.07 0 14.79 0 20 6.434.37 6.16 23.62 12.59 14.87 40 6.385.03 4.14 48.67 10.52 28.84 606.355.55 1.96 75.67 8.31 43.81 806.31 6.17 0.45 94.41 6.76 54.32 100 6.28 6.53 0 100 6.28 57.533 结论针对我国西南部山区多沙河流水沙运动的特点,建立了一维非恒定非饱和输沙数学模型用于水库泥沙淤积预测,模型对运动方程对流项采用一阶迎风格式进行离散,使得模型能够对山区河道急流流态进行模拟.最后将模型用于元江上游戛洒江水电站库区泥沙淤积计算,结果表明:干支流库区均呈三角洲淤积形态,三角洲淤积顶点随运行年限的增加逐渐向坝前推移,但淤积速度逐渐变缓.干流库区运行100a后未达到冲淤平衡,支流库区运行80a后达到冲淤平衡.干流库区运行100a后总淤积量为13.75亿t,排沙比达到85.78%,支流库区运行80a后总淤积量为8.8亿t,排沙比达到100%.水库运行100a后,干支流累计有效库容损失率为6.53%,死库容损失率为100%,总库容损失率为57.53%.参考文献:【相关文献】[1]汤立群,陈界仁,陈国祥,等.白沙水库一维泥沙数学模型及电厂取水方案计算[J].河海大学学报,1998,26(5):34-38.(TANG Li-qun,CHEN Jie-ren,CHEN Guo-xiang,et al.One dimensional model of reservoir sedimentation and its application incalculation for water intake of a power plant[J].Journal of Hohai University,1998,26(5):34-38.(in Chinese))[2]杨国录,吴卫民,陈振虹,等.SUSBED-1动床恒定非均匀全沙模型[J].水利学报,1994(4):1-10.(YANG Guo-lu,WU Weiming,CHEN Zhen-hong,et al.SUSBED-1 movable bed modeling of graded sediments[J].Journal of Hydraulic Engineering,1994(4):1-10.(in Chinese))[3]张小峰,谢葆玲,许全喜.三峡水库蓄水初期泥沙淤积预测模型研究[C]//中国水力发电工程学会水文泥沙专业委员会第六届学术讨论会论文集.成都:时代出版社,2005.[4]黄仁勇,黄悦.三峡水库干支流河道一维非恒定水沙数学模型初步研究[J].长江科学院院报,2009,26(2):9-13.(HUANG Ren-yong,HUANG Yue.Preliminary study on 1-D numerical simulation of unsteady flow and sediment transport in mainstream and tributaries of three gorges reservoir area[J].Journal of Yangtze River Scientific ResearchInstitute,2009,26(2):9-13.(in Chinese))[5]黄永健,谈广鸣,吕平,等.黏性泥沙数学模拟中几个关键问题的研究进展[J].水利水电科技进展,2009,29(3):90-93.(HUANG Yong-jian,TAN Guang-ming,LV Ping,et al.Research advancesof severalkey problems in the numerical simulation of cohesivesediment[J].Advances in Science and Technology of Water Resources,2009,29(3):90-93.(in Chinese))[6]FELDMAN A D.HEC models for water resources system simulation:theory and experience[J].Advances in Hydroscience,1981(12):297-423.[7]CHANG H H,HANISON L L,LEE W,et al.Numerical modeling for sediment-pass-through reservoirs[J].Journal of Hydraulic Engineer,ASCE,1996,122(7):381-388.[8]王领元.应用MIKE对河流一、二维的数值模拟[D].大连:大连理工大学,2007.[9]张小峰,中川一,许全喜.一阶迎风差分格式的精度问题[J].武汉大学学报:工学版,2001,34(1):6-10.(ZHANG Xiao-feng,NAKAGAWA H,XU Quan-xi.On accuracy of first order upwind scheme[J].Journal of Wuhan University of Hydraulic and Electric Engineering,2001,34(1):6-10.(in Chinese))[10]张瑞瑾.河流泥沙动力学[M].北京:中国水利水电出版社,1989.[11]窦国仁,赵士清,黄亦芬.河道二维全沙数学模型研究[J].水利水运工程学报,1987(2):1-12.(DOU Guo-ren,ZHAO Shi-qing,HUANG Yi-fen.Study on two-dimensional total sediment transport mathematic model[J].Hydro-Science and Engineering,1987(2):1-12.(in Chinese)) [12]国务院三峡工程建设委员会办公室泥沙专家组.长江三峡泥沙问题研究:第五卷:1996—2000[M].北京:知识产权出版社,2002.[13]韩其为.水库淤积[M].北京:科学出版社,2003.。
浅谈水库泥沙淤积及其防治工作
浅谈水库泥沙淤积及其防治工作在河流上修建水库后，泥沙随水流进入水库，在库内沉积形成水库淤积。
水库淤积的速度与入库径流中的含沙量、水库的运用方式、水库的形态等因素有关；通常位于水土流失区的水库淤积都比较严重。
本文就水库泥沙淤积及其防治工作进行论述。
标签：泥沙淤积；横断面；纵剖面一、水库泥沙的冲淤现象和基本规律1、库区水流形态和输沙流态。
库区水流形态主要有壅水流态和均匀流态两种。
均匀流态的挟沙特征与一般天然河道相同，称为均匀明留输沙流态，这种流态挟带的泥沙数量沿程不变。
当来沙量与水流可以挟带的沙量不一致时，就会发生沿程预计或沿程冲刷。
在壅水流态下，库区会发生以下三种输沙流态：1）浑水进入库区壅水段后，泥沙扩散到水流全断面，由于壅水，流速沿程递减，水流能挟带的泥沙数量也沿程递减；2）入库浑水含砂较浓且细颗粒较多，浑水进入壅水段后，不予库内清水发生全局性掺混，而潜到清水下面沿库底向下游运动，则形成所谓的异重流输沙流态；3）异重流抵达坝前而不能排除库外时，异重流浑水在坝前清水水面以下滞蓄而形成浑水水库。
在壅水明流输沙流态时，如泄流量很小，库区壅水程度较大，流速极小而来沙较多、较细时，也会形成浑水水库输沙。
综上所述，库区不同的水流形态有着预制相应的输沙流态。
而不同的输沙流态，又产生不同的淤积形态。
2、水库泥沙的冲刷现象。
库区泥沙冲刷可分为溯源冲刷、沿程冲刷和壅水冲刷三种：1）溯源冲刷。
指当库水位下降时所产生的向上游发展的冲刷。
库水位降落到预计面以下越低，其冲刷程度越大，向上游发展的速度越快，冲刷末端的发展也越远。
溯源冲刷发展的形式与库水位的降落情况、前期淤积物的密實抗冲性等因素有关。
2）沿程冲刷。
指不受水库水位升降影响的库段，因水沙条件改变而引起的冲刷。
即当水沙条件如流量和含砂率发生变化时，原来的河床就会不相适应，为了调整河床使之适应变化后的水沙条件，所发生的冲刷（或淤积，淤积时即为沿程淤积）。
3、库区泥沙淤积形态。
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浅谈水库泥沙淤积计算方法在工程中的应用
摘要：某水电站为旬河梯级开发中的一级，该工程为小型水电站工程，水库回
水与上游水电站尾水衔接，二级公路沿库区右岸通过。
计算水库泥沙淤积和回水
高度，确定库区淹没范围，是主要设计内容，因此泥沙淤积计算是该电站设计的
重点之一。
本次对水库淤积的纵、横剖面形态进行了计算，并采用美国陆军兵团
水面线计算软件HEC-RAS推算了水库回水曲线。
关键词：泥沙淤积平衡比降水电站应用
一、工程概况
本工程水库正常蓄水位331.00m，总库容436.9万m3，电站装机容量
9000kW，多年平均发电量2293万kWh。
大坝坝顶总长度124.50m，坝顶高程335.10m，最大坝高30.60m。
溢流坝段长64.50m，布置在主河床，堰高16.50m；左岸挡水坝长11.00m，坝高16.60m；右岸厂房坝段长49.00m，布置在主河床右侧，其中机组段长29.00cm，安装间段长12.00m。
水库采取“蓄清排浑”的运行方式，即当汛期入库流量大于分界流量182m3/s，小于造床流量729 m3/s时，水库
降低至排沙水位329.00m运行，多余水量通过泄水闸门控制泄流。
水电站库区为
山区型河道，多为“U”型，两岸大部分为岩质岸坡，库区河段天然平均比降
J0=1.8‰。
河谷宽窄相间，库面平均宽度88m，回水长度4.1km。
水库悬移质多
年平均输沙量111万t，推移质按悬移质的20%估算，为22.2万t，共计输沙量133.2万t。
二、水库泥沙冲淤分析及计算
1. 水库泥沙淤积形态判别
水库泥沙淤积形态判别采用《泥沙计算手册》中清华大学水利系及西北水利
科学研究院公式：
α= V / WS / J0
式中：α—判别系数；V—水库正常蓄水位331.0m以下的库容（万m³），V= 265；WS—多年平均输沙量（万m³），WS =133.2；J0—水库库区原河床平均比降（‱），J0=18.0。
计算得α=0.11<2.2，库区纵向淤积形态为锥体淤积。
水库库容很小，水库在很短时间即可
达到淤积平衡状态，泥沙淤积厚度自上而下沿程递减至坝前，淤积面比降近乎一个比降，一
次洪水的淤积就可能达到坝前。
2.水库淤积形态计算
2.1纵向形态计算
天然河道比降是水沙过程和和床之间的长期作用的结果，而建库后的平衡比降只是在造
床水沙条件改变之后，同是两者相互作用的产物，因此本工程采用倍比法计算水库平衡比降。
考虑本工程取水枢纽布置形式为闸坝式，侵蚀基准面抬高值较小，确定水库淤积平衡比降为
原河道比降的0.8倍。
原河道河床比降为i0=1.8‰，淤积平衡比降为i=1.44‰。
根据水库统计
资料，水库滩地淤积纵剖面比降与原河槽比降的关系为1:10，即滩地淤积纵剖面比降i滩
=0.18‰。
2.2.横向淤积形态计算
从造床流量相当于平滩(河漫滩)流量这个概念出发，按照《泥沙设计手册》中钱意颖公式
计算确定造床流量。
式中：—汛期平均流量，取 =84.5 m³/s（取主汛期7~9月）。
计算得Q造=729 m³/s。
根据水文资料分析，水库坝址处2年一遇洪峰流量为870 m³/s，
多年平均洪峰流量为1250 m³/s。
根据上述计算及经验，造床流量采用钱意颖公式计算结果。
按照《泥沙设计手册》C.T阿尔杜宁稳定河宽关系
式中：B—稳定河宽，m；Q—水库造床流量（m³/s），Q=729 m³/s；i—水库淤积平衡比降，i=1.44‰；A—稳定河宽系数，与滩岸和河岸土质有关，表征河岸稳定情况，A值越大，
河岸越不稳定，蜿蜒型河道A=0.64～1.15，游荡型河道2.23～5.41，过度型河道1.3～1.7，结合本河段天然河相关系，取A=0.85。
由上公式计算得B=85m，确定稳定河道宽为85m。
根据稳定河床主槽几何形态关系经验
公式确定，河道宽度B=85m，平衡水深h=3.25m，过水面积为276 m²。
本水库淤积物相对较粗，随淤随冲，冲刷时往往引起岸壁坍塌，因而横断面面坡较缓，
边坡系数m平均值为1：6，横断面形态近似三角形。
3. 河道水沙特性及排沙分界流量选择
3.1河道水沙特性
水电站水库枢纽控制流域面积3169km²，坝址处旬河多年平均径流量为10.7亿m³，多年
平均流量34.0m³/s。
旬河汛期5～10月径流量占全年径流量的78.9%，而枯水期12～3月径
流量仅占全年径流量的10.0%。
悬移质多年平均输沙量111万t，推移质按悬移质的20%估算，为22.2万t，共计输沙量133.2万t。
坝址处输沙量泥沙年内分配极不均匀，汛期5～10月悬
移质输沙量为110.3万t，占全年输沙量的99.4%，其中6～9月悬移质输沙量为97.7万t，
占全年输沙量的88.0%，7～8月悬移质输沙量为65.0万t，占全年输沙量的58.6%。
水电站
坝址处多年平均径流量和悬移质输沙量年内分配见表1。
表1 水电站坝址处多年平均径流量和悬移质输沙量年内分配表
3.2排沙分界流量选择
为了合理选择排沙分界流量，采用典型年法对坝址逐日流量和输沙率进行频率分析，分
析结果如下：入库流量大于等于182m³/s的年平均排沙时间为10天，在这段时间里，入库沙量占全年来沙量的80%，输沙量比较集中，对控制水库泥沙淤积有重要意义。
根据上述分析
结果并考虑排沙对发电的影响，选择排沙分界流量为182m³/s。
4.代表水位确定
根据长期的工程实践经验，排沙水位选择为水库的死水位329.00m。
根据水库运行方式，坝前运行水位即造床流量下对应的坝上游水位324.88m。
初拟坝前淤积高程为坝前运行水位
与平衡水深之差，为321.63m，再根据造床流量经回水计算修正。
5.河道糙率的选择
水库糙率和天然河床糙率都由床面糙率及岸壁糙率两部分组成。
根据水库地形、地质、
植被及河床组成等条件，并考虑水库蓄水后，泥沙淤积床面组成的变化和边壁情况，确定水
库回水计算的糙率为：河床淤积面糙率取为0.025，原河床面糙率取为0.03，库岸糙率取为0.04。
6. 水库泥沙淤积计算方法
根据水库泥沙淤积平衡比降，选取坝前运行水位（造床流量下对应水位），采用美国陆
军兵团水面线计算软件HEC-RAS，用造床流量进行回水计算。
具体方法如下：先用造床流量
推算回水曲线，若过水断面大于稳定河宽对应的过水面积，首先假定淤积面高程进行铺沙，
同时对大于稳定河宽的横断面设置阻水区域，保证计算河宽不大于稳定河宽，然后推算回水，若计算的过水面积小于稳定河宽对应的过水面积，则降低淤积高程，反之增加淤积高程，直
至计算的过水面积等于稳定河宽对应的过水面积。
同时注意回水水面线应光滑合理，否则需
修正河道边界条件。
按此方法从坝址向上游逐断面铺沙计算后，所得淤积线即为水库平衡后
淤积线。
7.计算结果
按照前述计算参数及方法，水库泥沙淤积平衡后，淤积末点距大坝0.98km，淤积量为27.4万m³。
水库淤积纵剖面见图1。
图1 水库淤积纵断面
水库回水计算成果见表2，当河道来水为5年、20年、25年一遇流量时，水库回水尖灭点位于7#断面。
表2 不同洪水标准水库回水计算成果表
三、结语
通过对水库计算成果分析可以看出：水库纵向淤积属于锥体淤积，库水位较低壅水段短，一场洪水的泥沙淤积就可能达到坝前，水库在较短的时间内可达到淤积平衡。
水库回水尖灭点距坝址1.46km，回水段短，淤积平衡后库区各频率洪水回水对库区的淹没影响较小。
参考文献:
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