水库不平衡输沙研究

  • 获奖名称: 水库不平衡输沙研究
  • 获奖等级: /
  • 获奖类别: 1978年湖北省科学大会奖
  • 授奖单位: 湖北省人民政府
  • 完成单位: 长江水利水电科学研究院
  • 获奖年度: 1978
  • 获奖人员: 韩其为、张威、黄煜龄、沈锡琪、何秀玲、陈中坻、庞午昌、罗敏逊、吴天一、欧阳渊
  • 成果简介:项目背景情况 水库中的悬沙淤积，是非常复杂的，到目前为止，研究的还很不够。本项目认为水库淤积是水库泥沙运动，即不平衡输沙的结果。要想从复杂的水库淤积现象中抓住主要矛盾，要想从本质上研究水库淤积，必须研究水库不平衡输沙的一般规律。以往研究悬移质不平衡输沙，主要是研究含沙量沿程变化，但悬移质不平衡输沙时，不仅含沙量沿程变化，同时悬移质级配也发生变化，相应地河床质级配也发生变化。而且后两者的变化，又在一定程度上影响到含沙量的变化。因此，不平衡输沙的全面研究，除含沙量外，还应包含悬移质级配、河床质级配等方面的内容。 本项目研究了稳定非均匀水流稳定不平衡输沙的基本规律，导出了相应的公式，并用实际资料进行了验证，公式和结论带有一般性。 主要技术创新 （1）平均含沙量沿程变化。在均匀沙平均含沙量沿程变化方面，针对非均匀水流，从扩散方程出发，导出了平均含沙量沿程变化的微分方程；在不均匀沙含沙量沿程变化方面，引入水量百分数的概念，推导得到了非均匀沙总含沙量公式；在不均匀沙的水流挟沙能力方面，引入水量百分数推导得到了非均匀沙总挟沙能力公式。 （2）悬移质级配的沿程变化。阐明了淤积时悬移质级配的分选规律并提出了相应的数学表达式；阐明了冲刷时补给含沙量级配的分选规律并提出了相应的数学表达式；阐明了冲刷时悬移质级配变化规律并提出了相应的数学表达式。 （3）河床质级配变化。阐明了淤积时河床质级配与悬移质级配的关系并提出了相应的数学表达式；阐明了冲刷时河床质级配的粗化规律并提出了相应的数学表达式。 （4）不平衡输沙问题的解。在不平衡输沙的含沙量沿程变化、悬移质级配变化及河床质级配变化等三方面规律研究的基础上，建立了悬移质非均匀沙不平衡输沙的联接方程组，采用丹江口水库实测资料对本项目建立的悬移质不平衡输沙模型进行了验证，验证结果符合很好。 推广应用情况 长江科学院以不平衡输沙理论研究成果为基础，成功建立了水库和河道的不平衡输沙一维全沙数学模型，在三峡工程、葛洲坝、丹江口、乌东德、白鹤滩水库等数十个大中型水库的泥沙淤积和坝下游河道冲刷研究中得到了成功运用。长江科学院以一维不平衡输沙理论为基础建立的三峡水库一维水沙数学模型“HELIU-1”是目前比较成熟的数学模型，在三峡工程泥沙研究中起到了基础和关键性作用。20世纪80年代，长江科学院以一维不平衡输沙理论为基础研制开发的“HELIU-2”模型软件，考虑了床沙与水体中沙的相互交换问题以及河床的自动调整能力等，能反映河床在不同水沙变化条件下的变形、床沙组成自动分选等，特别是在长河段、长时段的河床计算中，河床自动达到调整的目的，得到较符合自然变化规律的成果。该软件同时也适用于水库的淤积计算，并在“七五”、“八五”、“九五”等长期的三峡工程泥沙问题课题研究中得到成功应用。同时，“HELIU-2”模型也是《水电水利工程泥沙设计规范DLT5089-1999》配套专著《水利水电工程泥沙设计》的推荐模型之一。