泥沙与河道整治讲课4.ppt

Q9、悬移质含沙量沿垂线的分布规律？ 第一节 河流系统与河流的分类 第二节 河床演变的基本规律？及分析方法 第五章 河道整治 第七章 水库泥沙 水利枢纽下游河床演变及整治 §1：水利枢纽下游河道一般冲刷及其防治 一、一般现象 水库运用后改变了天然河道的来水来沙条件，引起水库下游河道自上而下的长距离冲刷，其冲刷距离可达几十到几百千米。这一长距离冲刷的原因不能用泥沙恢复饱和的理论解释。最近的解释认为含沙量的增加是由于水流挟沙力的沿程增加。 在水库运用后期，库区淤积达到冲淤平衡后，库区河道恢复到天然河道，水库下游河道发生沿上向下的淤积。 3、河床显著粗化 下泄水流是含沙量相对较小，沿程产生冲刷，较细的颗粒首先被冲走，留下较粗的颗粒，致使河床组成逐渐变粗。经过一定的时间后，床沙极配曲线接近，说明粗化过程逐渐稳定。 4、断面形态及纵比降的调整。断面调整存在下切、展宽、下切展宽同时出现三种情况。与河岸的地质条件有关，当河岸难以冲刷时，河床以下切为主。当河底难以冲刷时，河道将冲刷展宽。如三门峡水库建库后，下游上段以下切为主，花园口到高村河势变化大，滩地坍塌，大量耕地损失。 5、河型的转化。如丹江口到钟祥河段，由建库前的游荡性河道向蜿蜒型河道转化。 “泥沙及河道整治”可供硕士研究的方向： 1、网河分汇流计算及防洪系统规划 2、地理信息系统（GIS）在河道演变分析中的应用 3、河道护岸工程技术 4、水库淤积计算 5、水库运行管理及调度 6、神经网络模型在治河中的应用 7、水流、泥沙基本理论研究 8、工程枢纽取水防沙措施分析研究 9、涉河建筑物（桥墩、码头、丁坝等）的冲刷及对河势影响分析 10、城市水务系统中河流水力、水质模型 11、河流泥沙数学、物理模型 2．沉沙池设计 水流进入沉沙池后，由于断面突然扩大，流速显著降低，挟沙力大大减小，因而改变了原有的水流泥沙运动状态。 为了合理确定沉沙池的长度、宽度和运用条件，必须进行沉沙池的泥沙沉降计算。下面简要介绍常用的准静水沉降法与非饱和输沙法。 （1）准静水沉降法。设沉沙他的平均水深为H，平均流速为U，泥沙沉速为；假定泥沙在池中按静水沉速下沉，那么单颗泥沙由水面降至河底的历时应为，与此同时，泥沙还随水流前进一段距离L，这个L就是泥沙沉底处至起始断面的近似水平距离，即 然而沉沙池内水流并非静水，群体泥沙在下沉过程中还会受到向上紊动流速的作用与相互干扰的影响，实际沉速将小于静水沉速。考虑这些因素的影响，在计算沉降距离L时做为近似处理，可将上式改写成 如图8-19所示，考察沉沙池进口（断面1-1）水面处静水沉速为ω的一颗泥沙。考虑前述各影响因素，可假定其有效沉速ω=ω/K。当这颗泥沙行进至断面2-2时，设其沉降深度为h，前进的水平距离为l，则 设具有这种沉速的泥沙的含沙量在进口断面为S0i，并假定含沙量沿垂线均匀分布。显然进口断面A点以下的具有这种沉速的泥沙在断面2-2以前均将沉至床面，只有A点以上的颗粒才会被挟带超越断面2-2。该断面的含沙量可按下式计算： 或 对于非均匀沙，上式表征分组含沙量的沿程变化。式中应取分组泥沙沉速的下限值。显然，将分组含沙量累加起来，即得全沙含沙量沿程变化公式 沉沙过程中形成的淤积体和主流沟使沉沙池内实际水流与沉沙条件远比简化条件复杂。因此为了吏准确地反映沉沙池的淤积特性，不少人都对式（8-4）中的综合系数K进行了研究，试图减小准静水沉降模式过于简单化所引起的误差。例如俄罗斯学者维列坎若夫引入渠道不淤流速，认为K值应表示为 式（8-8）反映了沉沙池水流、边界条件变化对值的影响，当流速增加时值增加，当水深增加时值减小。这显然比取为常数是有所改善。 （2）非饱和输沙法。从泥沙连续方程出发，通过求解含沙量沿程变化的微分方程进行沉沙池淤积计算的方法就是所谓非饱和输沙法。这种方法认为进入沉沙池的挟沙水流处于超饱和状态，含沙量沿程呈指数规律衰减。如果将沉沙池内的挟沙水流近似看做是一维流动，那么含沙量沿程变化的基本微分方程为 （8-11） 在沉沙池流速甚小，水流挟沙力可以忽略不计的条件下，进一步简化求解上式，即可得距沉沙池进口距离为x的任一断面含沙量的表达式 式中：S0为进口含沙量；ω为泥沙沉速；α为恢复饱和系数，韩其为认为淤积状态下可取0.25；q为沉沙池单宽流量。对于非均匀沙，可直接分组计算，但要考虑分组对α值的影响。 3．带状淤积 对于河道型水库，库形狭窄，水位变幅较大，沙量较少，则泥沙淤积均匀地分布在回水范围的库区内，沿纵向呈带状淤积分布。 根据水库运用情况和水流泥沙运行特点，一般地可将库区范围淤积分三段：回水变化段、长年回水区行水段、长年回水区静水