库区交汇河段泥沙淤积规律及防治的初步研究

发布时间：2018-10-11 09:32

【摘要】：干支流交汇河段是河流系统典型的地貌单元,在人类社会经济发展中占据极为重要的地位。随着河流工程的建设,原本处于平衡状态的交汇河段,来水来沙条件、侵蚀基准面、河道边界发生变化,使干支流的相互作用以及交汇河段泥沙运动与河床演变发生复杂变化,这其中库区交汇河段变化最为显著,特别是梯级水库内交汇河段可能面临来上游水来沙条件和下游侵蚀基准面的双重变化,此时水流运动及河床冲淤变化更为复杂,并引发一系列问题。因此探索库区交汇河段泥沙淤积规律和防治在水沙灾害与防治领域具有重要的理论意义和实际意义。本文采用实测资料分析、理论分析与模型试验研究相结合的方法,探讨了库区交汇河段泥沙淤积类型、主要影响因素,在此基础上研究了不同因素影响下的水动力特性、泥沙淤积规律,分析了库区交汇河段淤积所引发的问题,初步探讨了减少库区交汇河段淤积的方法。全文取得了以下主要认识： (1)分别根据支流淤积纵剖面形态、淤积分布和淤积泥沙来源划分库区交汇河段泥沙淤积类型,并指出淤积纵剖面形态、淤积分布和淤积泥沙来源之间存在联系；通过资料分析和试验论证,提出了在一定条件下,库区交汇河段会出现支流淤积沙坎(倒坡锥体淤积形态)和干流淤积沙坎是两种独特的淤积型态。 (2)从库区交汇河段兼具库区河段和交汇河段两方面特点出发,在分析影响库区泥沙淤积的因素(入库水沙条件、坝前水位等)和反映交汇河段特点的因素(包括干支流相互顶托的强度与持续时间、比降、入汇角等)的基础上,指出干支流来水来沙条件、坝前水位和干支流相互顶托的强度与持续时间是最主要的影响因素。 (3)不论汇流比如何变化,水流从干流向交汇区下游运行过程中始终存在流速由增加到减小的转折点,转折点位于交汇区；当汇流比小于0.5时,水流从支流向交汇区下游运行过程中亦存在流速由增加到减小的转折点。相应地水流挟沙力也出现先增大后减小的沿程变化。转折点的存在是可能形成淤积沙坎的水动力学机制。坝前水位升高会使流速整体减小,流速与水流挟沙力的沿程变化速率减缓。 (4)坝前水位、干支流来水来沙条件、顶托作用(包括顶托强度与持续时间)均会显著影响库区交汇河段泥沙淤积总量与淤积分布。坝前水位的升高,会上提淤积部位；在遭遇洪水中汇流比较小时支流受顶托,支流洪水淤积主要集中在支流区,当干流来沙量较大时易形成支流河道倒坡锥体淤积形态(支流淤积沙坎)；而长时段的支流洪水顶托干流将会造成交汇河段累积性的淤积,在干流河道形成淤积沙坎。 (5)对于干支流非恒定洪水的不同遭遇,最大汇流比、平均汇流比、主要输沙期平均汇流比均能反映干支流相互作用对淤积分布的影响,即汇流比越大,支流区与交汇区的泥沙淤积比例越大,反之越小；汇流比较小时,干流区泥沙淤积比例较大。采用平均汇流比更能反映洪水遭遇或者说干支流洪水相互作用对淤积分布的影响。 (6)库区交汇河段淤积的产生与发展,特别是交汇河段淤积沙坎的产生与发展,会影响到水库供水、航运、防洪等各个方面,属于小淤积大灾害。对于年内洪枯比较大,泥沙主要集中在洪水期,枯水期流量很小的库区交汇河段,按照一定原则设置指定淤沙区,改变交汇河段的泥沙淤积分布,使原本将进入交汇河段各个区域落淤的泥沙,在工程措施的干预下淤积至指定淤沙区,然后挖除。试验结果证实,这种方法可以显著降低交汇河段泥沙淤积量,遏制淤积沙坎的形成。
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【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TV14;TV697.31

【参考文献】