河流泥沙工程-余老师作业-陈燕平
长江三峡工程围蓄堰水期泥沙问题浅析
目录
• 长江三峡工程概述 • 围蓄堰水期泥沙问题的产生 • 围蓄堰水期泥沙问题的解决措施 • 围蓄堰水期泥沙问题研究展望
01
长江三峡工程概述
工程简介
长江三峡工程是中国的一项大型水利工程，位于长江上游，横跨重庆和湖北两省市。
该工程主要由大坝、水电站、通航建筑物和移民安置区等部分组成，是世界上规模 最大的水电站。
探索泥沙资源的可持续利用方式，减少泥 沙淤积对水利工程的影响，同时为地区建 设提供资源。
泥沙问题研究的挑战与机遇
挑战
随着水利工程的不断发展和生态环境 的变化，泥沙问题呈现出复杂性和不 确定性，对研究提出了更高的要求。
机遇
随着科技的不断进步和研究的深入，为泥沙 问题的解决提供了更多的可能性和手段。同 时，国家对生态环境的重视也为泥沙问题的 解决提供了政策支持和资金保障。
泥沙问题研究的重要性和意义
保障水利工程安全
泥沙问题直接关系到水利工程的安全运行，对工程效益的发挥具 有重要影响。
促进生态文明建设
泥沙问题与生态环境密切相关，解决泥沙问题有助于保护和改善 生态环境，促进生态文明建设。
服务社会经济发展
通过解决泥沙问题，可以为地区社会经济发展提供保障和支持。
THANKS
04
围蓄堰水期泥沙问题研究 展望
泥沙问题研究的未来方向
泥沙运动机理研究
泥沙数值模拟技术
深入研究泥沙在水流作用下的运动规律和 机理，为泥沙预测和治理提供科学依据。
发展更为精确的泥沙数值模拟技术，提高 预测模型的可靠性和精度。
泥沙与生态环境相互作用研究
泥沙资源利用研究
关注泥沙运动对生态环境的影响，以及生 态环境变化对泥沙运动的影响。
第十章 河流泥沙计算
２.沙量平衡法
W s ,下 = W s ,上 + W s ,支 + W s.区 + ΔWs
W s ,区 ——可由分区图法或经验公式估算；
ΔWs ——河段冲淤量，河床比较稳定时可以不计
３.经验公式法估算
二、多年平均推移质年输沙量计算 （一）具有长期推移质资料时 直接用长系列资料计算其平均值 （二）具有短期推移质资料时 常常由建立的推移质输沙量与悬移质输沙量关系推算 （三）缺乏推移质资料时 1.用多年悬移质输沙量资料估算
L 1.8 s 3 M s = 0.01P I K ( ) ( ) CB 20 5
0 .9 1 . 3 30
§10-3 多年平均输沙量计算
多年平均输沙量→年际变化→各代表年的年内分配 一、多年平均悬移质年输沙量的计算 （一）具有长期实测泥沙资料时 资料审查与年径流类似，然后并按下式计算
1 n W S = ∑ W S ,i n 1
→
坡地侵蚀→河道冲淤
图10-1
图10-2
二、影响流域产沙的主要因素
1. 降雨强度与地面净雨 （径流）量，如图10-3 2. 土壤地质特征 3. 植被特征 4. 地形特征 5. 人类活动措施
图10-3
三、流域产沙量预测 1.弗莱明（G..Fleming）公式 Ws=aQn (10-1)
Ws——年平均悬移质输沙量，t；Q——年平均流量，m3/s; a、n——系数，与流域植被情况密切相关，如表10-2
（二）实测泥沙资料不足时：将短期资料插补延长为 长期资料，插补延长的方法如 １.年悬移质输沙量与年径流量相关 ２.年悬移质年输沙量与汛期径流量（或汛期雨量） 相关 ３.以年悬移质输沙量与年径流量之比计算
（三）实测泥沙资料缺乏时
长江口北槽航道回淤原因分析
长江口北槽航道回淤原因分析谈泽炜，范期锦，郑文燕，朱剑飞【摘要】摘要：针对2005年以来北槽深水航道回淤量增大且主要集中于中段的特征，系统分析泥沙条件和水动力条件等各类因素变化的影响，指出导致中段回淤量增大的主要原因，提出制定减淤措施方案的思路。
【期刊名称】水运工程【年(卷),期】2009(000)006【总页数】12【关键词】长江口；北槽；回淤；原因·航道及船闸·1 北槽航道回淤的特征长江口深水航道疏浚单元划分见图1。
近年来北槽航道的年回淤量及各疏浚单元年回淤量的分布见表1和图2。
北槽航道回淤的主要特征：1 )二期工程后淤积量明显增大，已大大超过二期初设阶段预测的年维护量2 500万m3；2 )分布集中，H—N单元16 km长航道（占二期航道总长73.45 km的22%）内的回淤量占总回淤量的60%～70%；3 )2005年后，回淤量逐年增大；4 )洪枯季的淤积规律不变（表2）。
规律不变有二层含义：一是从一期工程后至今，洪季（5—10月）淤积量占全年80%左右的比重一直未变；二是北槽中段（H—N单元）与全槽其它各段并无不同：洪、枯季淤积量之比均约为8:2。
2 北槽航道回淤原因分析泥沙在航槽中淤积，主要有两种形态：一是河床表层的泥沙（底沙）在水流的搬运下自上游向下游的运移，表现为一种缓慢的床面高程的过程性抬升，在长江口运移速度一般数公里/年；二是河床面以上的水体中的悬沙因水流的输沙动力不足落淤至床面，导致航槽淤浅。
长江口水体含沙量洪季平均约1.0 kg/m3，枯季约0.5 kg/m3，悬沙淤积量的大小取决于水体含沙量（含沙量高则淤强大）、滩槽高差（淤强大致与槽滩水深比的二次方成正比）、流速（流速越大，挟沙力越大，淤强小）和细颗粒泥沙的絮凝条件（絮凝泥沙团的沉降速度可达0.5～0.8 mm/s，比离散泥沙沉速大十几倍）等。
因此，对于北槽航道严重回淤的原因，应当从上述泥沙条件（包含底沙和悬沙）和动力条件（对淤强有明显影响的地形条件——滩槽差、流场条件——流速及其纵横向分布、絮凝条件等）两方面入手，针对前述回淤特征，从空间上重点关注中段，时间上重点关注2005年前后这些淤积条件的变化[1]。
河流域水环境综合治理工程可行性研究报告
河流域水环境综合治理工程可行性研究报告目录一、前言 (2)1.1 研究背景 (3)1.2 研究目的与意义 (3)1.3 研究范围与内容 (5)1.4 报告结构安排 (6)二、河流流域水环境现状分析 (7)2.1 河流流域自然地理概况 (8)2.2 河流流域社会经济状况 (9)2.3 河流流域水环境质量现状 (11)2.4 河流流域水环境问题及成因分析 (12)三、河流流域水环境综合治理工程方案设计 (14)3.1 工程目标与任务 (15)3.2 治理思路与原则 (16)3.3 治理措施体系 (17)3.4 工程实施计划与进度安排 (18)四、河流流域水环境综合治理工程技术路线 (19)4.1 水污染源控制技术路线 (20)4.2 水环境治理技术路线 (22)4.3 水生态修复技术路线 (23)4.4 工程效益评估方法 (24)五、河流流域水环境综合治理工程经济评价 (25)5.1 工程投资估算与资金筹措 (26)5.2 工程运行维护费用分析 (28)5.3 工程经济效益预测与评估 (29)5.4 不确定性分析及风险防范措施 (30)六、河流流域水环境综合治理工程社会影响评价 (32)6.1 工程对当地经济的影响分析 (34)6.2 工程对生态环境的影响分析 (35)6.3 工程对社会公平与可持续发展的影响分析 (37)6.4 社会风险与调适措施 (38)七、结论与建议 (39)7.1 结论总结 (40)7.2 建议与展望 (41)一、前言随着经济的持续发展和城市化进程的加快，河流域水环境面临着日益严峻的挑战。
由于多种因素的综合影响，水环境污染问题日趋严重，水质下降、水资源短缺、水生态系统失衡等问题屡见不鲜。
这不仅对生态环境造成了严重影响，也对人民的生活质量和社会的可持续发展构成了潜在威胁。
开展河流域水环境综合治理工程具有重要的现实意义和紧迫性。
本可行性研究报告旨在通过对河流域水环境的全面分析，探讨实施综合治理工程的可行性、必要性和经济效益。
河流推移质泥沙计算方法
众 集 、股 份 募 、以 工 代 赈 等 多 种 资 金 使 用 的 办 法 ， 全面做好农村自来水工程建设。
１ “推悬 比 ”概 念
悬 移 质 是 指“ 悬 浮 于 水 中 并 随 水 流 移 动 的 泥 沙 ， 推 移 质 是 沿 河 底 滚 动 、移 动 或 跳 动 的 泥 沙 ”， 它 是 根 据 泥 沙 运 动 方 式 进 行 分 类 的 。工 程 上 为 计 算推移质方便， 一般常用推悬比表示推移质大 小 。推 悬 比 是 指 通 过 河 流 某 断 面 推 移 质 沙 量 与 悬 移质沙量的比值。即
（ 下 转 第 ３１ 页 ）
２００６年第 １１ 期（ 第 ２４ 卷 ２６８ 期）
东北水利水电
３１
含水层较少甚至没有含水层， 水量不能满足生活 用水需要。受气候条件的影响地面蒸发量大， 地 表水也非常贫乏。每逢干旱时节， 地下水位大幅 度 下 降 造 成 部 分 村 屯 的 手 压 井 、筒 井 、大 口 井 干 涸 ， 无 水 可 用 。 水 源 保 证 率 低 ， 水 量 不 足 、用 水 不 方便， 不能保证基本的生存需求， 影响了农村经 济 发 展 和 社 会 稳 定 。再 加 上 工 农 业 和 城 市 经 济 快 速发展， 生产和生活用水量大幅度增加， 工农业 争 水 、城 乡 争 水 ， 使 一 些 地 区 农 村 生 活 饮 用 水 不 足问题更加突出。
一般流域面积决定推悬比的范围， 面积越 大 ， 推 悬 比 越 小 ， 从 表 １ 可 以 得 出 这 一 结 论 。分 析 其原因， 一方面随着流域面积的增大， 流域的坡
雨水降落到森林流域地面以后， 其枯枝落叶层， 一方面大大削弱雨强冲刷能力， 保护地面不被雨 水冲刷； 一方面把雨水涵蓄起来， 在雨后缓慢供 给河流， 从而平衡径流， 减少悬移质泥沙冲入河 道 。但 当 雨 强 较 大 时 ， 超 过 土 壤 储 水 能 力 时 ， 形 成 地面径流， 这样就会有相对较多的粗颗粒冲入河 道 。从 表 １ 可 以 知 道 ， 尽 管 该 流 域 泥 沙 总 量 很 少 ， 但推悬比较大， 植被较好就是一个重要原因。该 水 库 虽 然 较 小 ， 以 其 淤 积 少 、效 益 好 在 山 西 著 称 。
河流泥沙动力学
输沙率。
B
n
Gb
0
g dz bi
i 1
gbibi
由于天然河流水流条件沿河宽方向变化较大，因 此工程上常用单宽推移质输沙率来表征推移质输沙 强度。
10
2014/4/12
推移质输沙率的研究方法
从沙波运动角度考虑进行推导 以实验资料为基础的Meyer-Peter公式 以物理概念和力学分析为基础的Bagnold公式 以概率论和力学结合进行统计学分析的Einstein公式 以其他方法，如资料配线等方法为基础的 Engelund公式、 Yalin公式和 Achers White公式等
研究地点：瑞士联邦理工学院，中文也译作苏黎世联邦高等工业大学 (Eidgenossische Technische Hochschule Zürich，简称ETH)。小 爱因斯坦在此做研究生时(1930)，E.Meyer-Peter是他的导师。
推移质输沙率的研究方法
均匀推移质运动的预测方法—Meyer-Peter公式
河流泥沙的观测
悬移质泥沙的测量 推移质泥沙的测量 床沙的测量
2014/4/12
河流泥沙的观测
——悬移质泥沙的测量
泥沙测验的设备称为采样器
悬移质采样器
瞬时式采样器（我国使用较多） 积时式采样器
1
2014/4/12
河流泥沙的观测
仪器及测量方法
——悬移质泥沙的测量
1.用撑爪开盖 2.测筒入水 3.快速关闭盖筒 4.装置提出水面 5.筒中水即为悬移质水样 6.实验室水样分析
Manning系数) ；K’b=26/D901/6 ，如需要考虑边壁的影响时，可
取Qb=BhbU, Q=BhU
书上P123
Meyer-Peter公式另一种写法可看成起动条件：
底泥疏浚对阿哈水库内源污染的影响
染物化学分析。 用于 ＤＧＴ 分析的柱芯，在采集之后，
事先建立的 Ｚｒ⁃ｏｘｉｄｅ 膜中磷累积量与灰度的校正曲
ＤＧＴ 和孔隙水污染物化学分析，另一根用于底泥污
用锡纸对柱芯进行遮光处理，带回实验室后向上覆水
通入 Ｎ２ ，使其溶解氧水平与水库底层水一致（ ＤＯ ＜
１ ｍｇ ／ Ｌ） 。 将事先处理好的 Ｚｒ⁃ｏｘｉｄｅ ＤＧＴ 装置（ 南京
样，离心获得孔隙水样品，经 ０ ４５ μｍ 滤膜过滤后，
溶解 活 性 磷 （ ｓｒＰ ） 含 量， 其 中 ｓｒＰ 代 表 ＮａＯＨ⁃ｓｒＰ；
４）ＮａＯＨ非活性磷（ ＮａＯＨ⁃ｎｒＰ）：上一步中 ＮａＯＨ 提取
态 ＴＰ 与 ｓｒＰ 的差值；５）ＨＣｌ 结合态磷（ＨＣｌ⁃Ｐ）：残渣加
入 ２５ ｍＬ ０ ５ ｍｏｌ ／ Ｌ ＨＣｌ 溶液，振荡提取 １６ ｈ，离心测
关键词：底泥疏浚；内源污染；阿哈水库；薄膜扩散梯度技术
ＤＯＩ：１０ １３２０５ ／ ｊ． ｈｊｇｃ． ２０１８０３０１４
ＥＦＦＥＣＴ ＯＦ ＤＲＥＤＧＩＮＧ ＯＮ ＴＨＥ ＳＥＤＩＭＥＮＴ ＰＯＬＬＵＴＩＯＮ ＩＮ ＡＨＡ ＲＥＳＥＲＶＯＩＲ
ＷＡＮＧ Ｊｉｎｇ⁃ｆｕ１ ， ＣＨＥＮ Ｊｉｎｇ⁃ａｎ１ ， ＳＵＮ Ｑｉｎｇ⁃ｑｉｎｇ１，２ ， ＹＵ Ｐｉｎｇ⁃ｐｉｎｇ３ ， ＹＡＮＧ Ｈａｉ⁃ｑｕａｎ１
阿哈水库水体处于中营养 － 轻度富营养状态，其
严重威胁阿哈水库水质。 近年来，库区水体富营养化
阿哈水库是以城市供水和防洪为主的中型水库，
问题日益凸显，藻华时有发生。
表 １ 阿哈水库水质基本特征
水质指标
均值（ 范围）
ρ（ ＴＰ）
Ｔａｂｌｅ １ Ｂａｓｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎ Ａｈａ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ
河流泥沙动力学
4.1泥沙起动的物理机理（1.0学时）
4.2均匀沙的起动条件（1.0学时）
4.3非均匀沙的起动条件（0.5学时）
4.4斜坡上泥沙的起动流速（0.5学时）
4.5止动和扬动流速（1.0学时）
教学方法与 教学手段
教学方法：1.采用“以多媒体教学为主、板书为辅”的方式， 多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
二、课程知识、能力体系
《河流动力学》课程知识（能力）体系
序号
知识单元描述
知识点
对应能力
学时
要求
1
第一章
河流动力学基 本概念简介
河道水流的基本特 性；河道水流的水流 结构；河道水流的紊 动及阻力损失。
掌握河道水流 的基本特性
2
了解
2
第二章 泥沙的特性
河流泥沙来源；泥沙 的矿物特性与分类； 泥沙的几何特性与重 力特性。
4
掌握
5
第五章
沙坡运动及动 床阻力
沙坡形态和运动状 态、沙坡的发展过程 和形成机理；床面形 态的判别标准、沙坡 尺度及其运行速度； 动床阻力。
能熟练掌握沙 坡运动与动床 阻力
3
熟悉
6
第八章 推移质输沙率
推移质简介；均匀推 移质输沙率公式与非 均匀推移质输沙率公 式；估算推移质输沙 率的其他方法；用统 计理论处理推移质输 沙率问题的新进展。
课程简介
《河流动力学》课程是水利水电工程专业的一门专业教育课。是研究河 道在自然状态下以及受人工建筑物控制以后在水流与河床相互作用的过程中 运动发展的力学规律的一门课。本课程的知识点相对分散，公式较多，学生 反映不太好学，因此，在本课程教学中应该以泥沙运动作为主线，以泥沙起 动、推移质运动和悬移质运动的运动规律的分析理解作为重点，进而对理解 泥沙运动对水流阻力、水流运动加以理解掌握。河床演变应与水流泥沙运动 相联系。
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泥沙数学模型计算
陈燕平2013282060132 1 数学模型简介
本次泥沙淤积分析计算采用武汉水利电力大学研制开发的susbed-2准二维恒定非均匀流输沙模型。
该模型是建立在河流泥沙动力学理论、非均匀悬移质不平衡输沙以及水库淤积与河道冲淤变形研究成果的基础上，解答较为全面，在我省的高桥电站、云龙水库、糯租电站、麻栗坝水库以及漫湾、大朝山等工程设计中被广泛采用，取得了良好的效果。
该模型为《水电水利泥沙工程设计规范》推荐使用的模型之一。
2 上游工程对水电站来水来沙影响分析
2.1水利工程影响
南盘江流域为我省人口稠密地区，经济相对发达，上游河段有较多的闸坝，人类活动对径流的影响自古即存在。
在上世纪50年代末及60年代初，就修建了较多的中、小型水库。
由于这些水库的灌区都在流域内，本身流域面积也较小，对下游江边街一带干流段径流影响不大。
上游具有调节性能的水库为柴石滩水库。
根据柴石滩水库初设报告，水库正常库容3.4亿m3，兴利库容2.55亿m3，死库容0.85亿m3；水库多年平均输沙量为75.2万t，库沙比599，每年95%约71.4万t的泥沙淤积在库内，约占江边街站的10.5%。
大桥电站来沙应粗略考虑柴石滩水库的拦蓄作用。
同时，柴石滩水库建成至今，由于灌区渠道未配套，一直未发挥农田供水任务。
大桥电站径流计算时，应考虑满足规划水平年上游用户蓄水要求，扣除相应耗水。
2.2水电工程影响
上游规划或已建梯级电站均为日调节电站。
由于低水头、大流量发电，
平衡年限较短，因此对梯级电站的水量调节及拦沙作用不予考虑。
3 基本资料及参数
（1）断面资料
大桥电站库区共布置了44个断面，系由2010年实测而得。
断面平均间距1167m，其中断面最大间距为2281m，最小间距为397m。
（2）水沙系列资料
根据江边街实测资料得出规划水平年水沙系列过程。
规划水平年柴石滩灌区配套完成，径流过程为扣除上游用水后的“柴石滩下泄+区间径流”过程，来沙量相应考虑水库的拦蓄作用。
经分析，规划水平年坝址悬移质多年平均输沙量605.4万t，推移质多年平均输沙量30.3万t，多年平均来水量53.7亿m³。
（3）坝前水位
为保证大桥电站安全运行，考虑水库库区段高速公路的防洪安全及电站的发电效益，经多组试算，电站运行调度方式为：
①当入库流量大于300m3/s时，库水位降至死水位995m排沙运行；小于300m3/s 时，正常蓄水位1000m运行。
②当入库流量大于600m3/s时，开启全部冲沙孔及表孔放空库容，停止发电。
（4）粒径分组
根据悬移质和推移质的组成情况，将非均匀沙分为15组，其端点粒径为d1=0.001，d2=0.0025，d3=0.005，d4=0.01，d5=0.02，d6=0.05，d7=0.1，d8=0.25，d9=0.5,d10=2 ,d11=5,d12=10 ,d13=20 ,d14=40 ,d15=100mm。
前9组按悬移质计算，后6组按推移质计算。
（5）糙率
电站库区河段两岸植被较差，存在着滑坡、崩塌，且河床弯曲不规则，参照附近工程经验，综合分析糙率值采用0.032~0.045。
（6）有关参数
泥沙计算采用张瑞瑾水流挟沙力公式，系数k及指数m采用上游糯租电
站实验成果数值，分别为0.1和1.05。
悬移质恢复饱和系数当冲刷时α=1.0，淤积时α=0.25。
4 计算成果
4.1冲淤平衡年限
大桥水电站库沙比仅为11，当水库运行至第16年时，平均排沙比达到91.5%，可视为水库基本达到冲淤平衡状态。
4.2泥沙淤积量
大桥水电站建成后，下坝址累积淤积量及时段间排沙比变化情况见表4-1。
从表中可看出，随着水库运行年限的增加，淤积量逐渐增加，排沙比也逐渐加大。
表4-1 大桥水电站淤积量成果表
水库运行5年后，累积淤积量为2732.9万m3，2~5年时段间平均排沙比67.6%；当水库运行到16年时，时段间平均排沙比达到91.5%，此时，水库的累积淤积量为3684.4万m3。
4.3淤积形态
水库运行不同年份纵向淤积变化情况见图4-1。
由图可见，大桥电站的泥沙淤积形态为锥体淤积。
这是由于大桥电站库容对于来水量而言较小，坝前水位变幅度较大，水流输沙力强，大多数泥沙能运行至坝前淤积的缘故。
此外，采用《泥沙设计手册》推荐的清华大学水利系公式α=V/W进行验证，其中V为汛期平均水位以下库容，W为汛期平均来水量；。
当α＜0.3时为锥体
淤积。
计算出α远小于0.3，从经验的角度也说明电站的淤积形态为锥体淤积。
图4-1 大桥电站运行不同年份淤积形态图
5
4.4库容损失分析
大桥电站运行不同年份库容变化情况见表4-1。
水库运行16年后基本达到冲淤平衡，当水库达到冲淤平衡状态时，库区泥沙总淤积量3684.4万m3，正常库容损失64.8%；泥沙绝大部分淤积在死水位以下，死库容损失83.0%。
表4-1 大桥水电站库容变化情况表
4.5上坝址泥沙成果
大桥水电站上坝址距下坝址 4.5km，径流面积24992km2，与下坝址相差不到1%，水沙条件与下坝址可视为相同。
上坝址正常蓄水位1000m，库沙比仅为7，泥沙主要计算成果如下：
（1）水库运行13年后，库区累计淤积3058.9万m³，排沙比90.7%，基本到达冲淤平衡状态。
（2）库区泥沙淤积形态为锥体淤积
（3）水库达到冲淤平衡后，死库容内泥沙淤积了1960.5万m³，库容损
失率90.3%。
5结论及建议
（1）大桥水电站库沙比小，上下坝址库沙比分别为7和11；水库泥沙淤积平衡年限相对较短，上下坝址冲淤平衡年限约为13年和16年。
（2）大桥电站泥沙淤积形态为锥体淤积。
（3）水库运行调度方式，对水库排沙较为有利，下坝址冲淤平衡后，水库的正常库容、死库容、有效库容分别损失了64.8%、83.0%、28.9%。
（4）建议可研阶段进行物理模型试验，进一步研究水库运行调度方式对坝前淤积形态的影响及变动回水区泥沙淤积变化情况。