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水库泥沙(黄河中游)
[澳门挂牌全篇之完整2023年:30182 次] [更新时间:2018-11-28]


水库具有防洪、发电、灌溉、供水等多重功能,是国民经济与社会发展的重要基础设施。泥沙淤积造成的库容损失,不仅会影响水库的功能及安全性,而且会降低其综合效益。异重流、库区干支流倒回灌及溯源冲刷等现象是多沙河流水库中常见的水沙输移方式,其输移过程对水库淤积形态的塑造以及出库水沙过程的改变起着重要作用,具体包括异重流长距离输移造成的坝前淤积、干流水沙向支流倒灌形成的支流拦门沙、溯源冲刷造成的水库淤积形态大幅度调整等。由于对多沙河流水库水沙运动规律的认识还不够充分,大部分现有的数学模型难以精确地预报库区冲淤及出库水沙过程。针对这些问题,本研究取得如下主要成果

1)建立了水库异重流潜入点判别条件和干支流倒回灌过程的计算方法

在考虑异重流含沙量与流速沿垂向不均匀分布的基础上,提出以潜入点佛汝德数与含沙量关系表示的潜入点判别条件(Xia et al., 2017WM),该公式对于一般含沙水流及高含沙水流形成的异重流均适用,并采用库区实测数据和水槽试验数据验证了公式(图1)。根据干支流间水沙运动的方向和动力,明确干支流倒回灌的种类:对于明流倒回灌,提出用支流库区蓄水量的变化计算倒回灌流量;对于异重流倒灌,推导基于动量方程并考虑支流地形的异重流倒灌流量公式。

 

1. 潜入点判别条件验证与异重流倒灌公式计算结果

2建立了考虑干支流倒回灌的水库明流与异重流耦合模型

提出水沙耦合形式的浑水明流与异重流控制方程(Wang et al., 2017JHH),通过零维水库法和异重流倒灌流量公式考虑干支流倒回灌过程的影响,两组控制方程交替求解,利用潜入点判别条件动态确定异重流的上游边界位置(图2),针对库区水深变幅大和异重流前锋传播等问题,在数值通量计算和源项处理上采用多种高性能数值计算方法(Wang et al., 2016JH)。

 

2. 水库明流与异重流耦合计算流程图

3揭示了库区不同水沙输移形式之间的相互影响

应用考虑干支流倒回灌的水库明流与异重流耦合模型,对调水调沙期间小浪底库区水沙输移进行了全过程模拟(图3)。模型计算的明流段与异重流段水流泥沙要素、异重流潜入位置与时间、异重流传播速度与实测结果相符;相对于已有的模型,库区淤积量与出库沙量的预测精度有了明显提高。计算表明支流倒灌是造成异重流演进停滞和水库排沙比减小的重要原因(澳门挂牌全篇之完整2023年和王增辉,2018)。

 

3. 2004年小浪底库区异重流过程模拟

主要参考文献:

[1] 澳门挂牌全篇之完整2023年,王增辉. 多沙河流水库水沙运动规律及其数值模拟. 科学出版社, 2018. 

[2] Xia JQ*, Li T, Zhang JH, Wang ZH and Deng SS (2017). Improved criterion for turbidity current formation in reservoir. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Water Management, 170(WM3): 139-149. https://doi.org/10.1680/jwama.15.00046

[3] Wang ZH, Xia JQ*, Deng SS, Zhang JH and Li T (2017). One-dimensional morphodynamic model coupling open-channel flow and turbidity current in reservoir. Journal of Hydrology and Hydromechanics, 65(1): 68-79. https://doi.org/10.1515/johh-2016-0046

[4] Wang ZH, Xia JQ*, Li T, Deng SS, Zhang JH (2016). An integrated model coupling open-channel flow, turbidity current and flow exchanges between main river and tributaries in Xiaolangdi Reservoir, China. Journal of Hydrology, 543: 548-561. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2016.10.023


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