《水库淤积问题的认识》课程论文.docx
- 文档编号:12095975
- 上传时间:2023-04-17
- 格式:DOCX
- 页数:7
- 大小:21.61KB
《水库淤积问题的认识》课程论文.docx
《《水库淤积问题的认识》课程论文.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《《水库淤积问题的认识》课程论文.docx(7页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
《水库淤积问题的认识》课程论文
对水库淤积问题的认识
1水库泥沙的冲淤现象和基本规律
1.1库区水流形态和输沙流态
库区水流形态主要有变水流态和均匀流态两种。
均匀流态的抉沙特征与一般天然河道相同,称为均匀明流输沙流态,这种流态挟带的泥沙数量沿程不变。
当来沙量与水流可以挟带的沙量不一致时,就会发生沿程淤积或沿程冲刷。
在壅水流态下,库区可以发生以下3种输沙流态:
①浑水进入库区壅水段后,泥沙扩散到水流全断面,由于壅水,流速沿程递减,水流能挟带的泥沙数量也沿程递减;②入库浑水含沙较浓且细颗粒较多,则浑水进入壅水段后,不与库内清水发生全局性掺混,而潜到清水下面沿库底向下游运动,则形成所谓的异重流输沙流态;③异重流抵达坝前而不能排出库外时,异重流浑水在坝前清水水面以下滞蓄而形成浑水水库。
在望水明流输沙流态时,如泄流量很小,库区壅水程度较大,流速极小而来沙较多较细时,也会形成浑水水库输沙。
综上所述,库区不同的水流形态有着与之相应的输沙流态。
而不同的输沙流态,又产生不同的淤积形态。
1.2水库泥沙的冲刷现象
库区泥沙冲刷可分为溯源冲刷沿程冲刷和壅水冲刷3种。
1.2.1溯源冲刷。
是指当库水位下降时所产生的向上游发展的冲刷。
库水位降落到淤积面以下越低,其冲刷强度越大,向上游发展的速度越快,冲刷末端发展的也越远。
溯源冲刷发展的形式与库水位的降落情况、前期淤积物的密实抗冲性等因素有关。
1.2.2沿程冲刷。
是指不受库水位升降影响的库段,因水沙条件改变而引起的冲刷。
即当水沙条件如流量和含沙量发生变化的时候,原来的河床就会不相适应,为了调整河床使之适应变化了的水沙条件,所发生的冲刷(或淤积,淤积时即为沿程淤积)。
1.2.3望水冲刷。
是指库水位较高而上游未来洪水的情况下。
开启底孔闸门发生的冲刷。
这种冲刷只是在底孔前形成一个范围有限的冲刷漏斗。
漏斗发展完毕,冲刷也就终止漏斗发展的大小又与淤积物固结程度有关。
末充分固结的新淤积物,易于冲刷,冲刷漏斗就较大。
1水库治淤的必要性
1.1维持水库原有功能的必要
水库的功能是防洪、灌溉、供水和发电,但淤积却会给水库带来一系列危害:
①水库的有效库容减少,导致水位抬高,削弱了原有的防洪能力;②有效库容减少,可用于灌溉供水和发电的水量减小;③坝前的淤积,阻碍水流进入发电机,并增加进入发电机的泥沙,从而磨损涡轮机叶片和闸门座槽;④由于淤积高过取水口,引进黄泥水,严重影响供水质量,如弯肚坑水库是一宗集防洪灌溉供水的多功能水库,年饮用取水口常抽出黄泥水,年底由于干旱露出库区河床,库区河床淤积
最大厚度近,取水口两侧淤泥高出取水口约
,需挖一条引水渠才能取水,该库泥沙淤积占
用有效库容约,严重影响其使用寿命
1.2环境保护的必要
由于水库的淤积,对周围环境引起一些影响:
①水库淤积将使水库回水区的河道水位升高,相应抬高周围地区的地下水位,这样就可能导致这些地区土地的盐渍化现象,或加剧其盐碱化;②泥沙淤积会改变水库以及库尾以上河道的地形,从而改变水生生物的生存环境,可能引起水库及库区以上河道内水流的富营养化,从而使下泄的清水缺乏必要的养份;③由于淤积,加大了水库的坡降,使库内水位不断抬高,因而使因水和它引起的再淤积不断上延,引起新的淹没与浸没。
1.3减少经济损失的必要
水库的淤积带来的经济问题如下:
①如果要维持现有的供水发电能力,损失库容的机会成本表现为新建库容的重置成本;②直接损失表现为水电发电量、灌区作物产量和洪水控制能力的削减;③被淤满的水库,没有任何收益来维持其正常运行,这对水库管理单位而言是一笔债务,也可能会成为一个潜在的危险;④被淤满的水库可能会被拆除,这会产生直接或间接的费用。
2水库治淤的可行性
2.1技术可行性
水库治淤的目的是为了让水库能够长期使用,办法有:
①调整运行方式,通过排沙工程措施调节泥沙的淤积,在一定时间内达到相对平衡,并在达到相对平衡后新河床的坡降小于天然坡降。
普宁市
现有的水库,几乎没有一个设置并实施排沙工程,
建库以来也少有考虑如何排沙的问题该办法对于
现有水库来说很难实现,但可以考虑通过灌溉输水
涵排沙或采用顶管方法重建排沙涵管②通过工程机械作业,挖除淤积泥沙,保持有效库容或进水口不被阻塞,机械挖沙的技术有:
挖泥船挖沙技术、干挖技术和水力虹吸抽沙清淤技术,这些机械方法技术上已较为成熟可行。
2.2经济可行性
在经济上的合理性表现在水库长期使用方式与其兴利目标是否一致,矛盾如何解决,从水库的功能看,主要存在三个矛盾:
①长期使用调度与灌溉和饮用供水的矛盾,一般表现为排沙用水或清淤时段与供水的矛盾,以及排沙水位与引水口高程的矛盾,这二种矛盾可以通过合理安排排沙或清淤期、尽量利用排沙弃水淤灌农田以及选择适当的引水口等措施来解决;②长期使用调度,从总体上与防洪没有矛盾,长期保留库容愈大,防洪库容就愈大,即使防洪运用时期水库内发生一些淤积,经过调整,也终能达到相对平衡;③长期使用调度或清淤与发电的矛盾,为了达到水库长期使用目的,在排沙期损失一些电量是难免的,而且从长远看,它还能换取由于保留库容而增加的发电量,并且通过改进水轮机组设计这也是可能解决的。
3水库治淤的途径
3.1水库泥沙淤积预防
预防或减少泥沙入库的办法有:
①流域治理。
由于人类活动的影响,落后的土地管理技术和工程设计以及森林砍伐开矿取石等因素,造成土壤侵蚀、水土流失以及山体滑坡等,这是大量泥沙入库的主要原因。
只要采取措施控制人为对集水区内植被的破坏,有效地减小土壤侵蚀,加强水土保持,将能大幅度减少减缓水库泥沙淤积。
②上游建拦沙坝。
在水库河道上游或上游支流建拦沙坝,可以减少较粗的泥沙入库。
这需要有合适的地形地势和能周期性地清除拦沙坝内的淤泥,并仔细考虑如何控制洪水,确定洪水过坝的设计标准。
③建绕库排沙工程。
设置绕流通道,将含沙洪水绕开水库这需要在有利的水文和地形条件下实施,需实地深入考察各宗水库库区地形,充分比较输水建筑物的运行成本以及不采取绕流措施时带来的损失。
3.2水库清淤方法
对水库已有泥沙治理主要就是进行库区内清淤,现行水库清淤方法有排沙、冲沙和疏浚。
排沙和冲沙都是通过开启水库的底部泄沙涵闸门、用水力来冲排。
排沙措施包括排泄洪水中的泥沙和异重流排沙,冲沙包括降落水位冲沙和放空排沙,疏浚是用机械清淤。
对尚未沉积的悬移质和推移质泥沙可以采用排沙方法;而对已沉积的泥沙,则可采用冲沙和疏浚手段。
从普宁现有水库的工程设施来
看,近期可以考虑以疏浚为主,结合汛期利用灌溉
涵管排沙,远期应研究论证重建冲沙设施
3.3淤泥的处置
水库清淤会带来淤泥处置的问题,清运及堆放不当,会造成污染、造成其他灾害,如可造成二次淤积或淤积下游河道。
因此,清淤前要仔细规划相应的淤泥处置措施。
据了解,兴宁县合水水库清
淤时对淤泥的处置方法是以淤泥造地造建筑用
砖等建材,或将淤积物生化堆腐及造肥实行综
合利用,促进可持续发展,这种办法有很大的借
鉴价值
3.4清淤的方案及实施
由于清淤工作涉及排淤弃淤、灌溉、供水和发电等因素,近几年我省的小型水库加固计划已基本完成,水库清淤工作需要重新详细规划、全面统筹。
清淤工作不能急于求成,应抓住适当时机,或待干旱年份,或借助日后的加固工程放空水库,分时分段实施。
对于考虑重建排沙或拦沙建筑物的,应做好充分的可行性分析,充分考虑运行管理及投资等各方面因素;对于采用机械挖沙的,可选择枯水期,先清滩地,待枯水年或干旱库底水量小时清理库底淤泥,减少因清淤对灌溉、供水、发电的影响。
1960年9月建成的三门峡大坝,由于运用“蓄水拦沙”的运行方式,在一年多的时间内,94%的来沙都淤积在库区内,淤积泥沙15.34亿吨,潼关河床高程抬高了4.31米。
渭河口形成拦门沙,回水和渭河洪水叠加,淹没两岸良田25万亩,洪水围困群众5000余人。
水库如果按350米水位运行,灾情直逼西安、咸阳,关中平原难保,于是陕西省对三门峡水库提出强烈反对意见。
1962年4月,在全国人大会议上,陕西省代表提出降低水库水位的议案,有人甚至直接上书毛泽东主席。
在这种形势下,水利部分别于1962年8月和1963年7月召开两次会议讨论研究三门峡水库问题,将水库运行方式由“蓄水拦沙”改为“滞洪排沙”,刚安装的第一台15万千瓦的发电机组被迫拆迁到丹江口枢纽。
但是,由于泄洪能力不足,汛期淤积仍然很严重,三门峡大坝工程的风险终于变成了现实危害。
1964年12月国务院召开治黄会议,根据周恩来总理提出的“确保下游,确保西安”指导思想,决定对大坝工程实施改建,改建的目的是为了有效排除这些危害。
第一次改建自1965年1月开始,止于1968年8月,主要是增设“两洞四管”。
“两洞四管”在洪水期开启后,使水库泄洪量增大一倍,潼关以下库区由淤变冲,冲走了大量泥沙。
但潼关以上库区淤积仍然严重,潼关河床高程上升0.7米。
冲下去的泥沙淤积在下游河槽内,对防洪非常不利,下游存在决溢泛滥的潜在危险。
1969年6月,周恩来总理委托召开了治黄的晋、陕、鲁、豫四省工作会议,确定了“四省会议原则”,即上游发生特大洪水时,敞开闸门泄洪,当下游花园口可能发生超过2200立方米/秒洪水时,应根据上、下游来水情况,关闭部分或全部闸门。
1969年12月,大坝工程又开始第二次改建,目的是为了加大泄放能力。
这次改建,一是将八个已经堵死的导流底孔重新打通,改成永久泄水排沙孔。
这种改造方案确实收到了较好效果,投入运行后,潼关河床高程下降了2米,库容增加了330亿立方米。
二是将电站改建为低水头发电,安装了我国自己制造的5台总容量为25万千瓦的发电机机组。
此后,三门峡大坝运行方式实现了由“蓄浑排清”到“蓄清排浑”的转变。
经过20多年的探索,三门峡水库终于发挥出一定的防洪、防凌作用,能够维持水库内泥沙冲淤大致平衡,既不会使潼关河床高程淤高而威胁关中平原,也有效地为沿黄地区提供了水源,取得了较好的综合效益。
两次改建是成功的,说明人们对工程的风险防范有了更为深刻的认识。
但是,三门峡大坝工程的风险依然存在,后来出现的潼关高程的争论证明了这一点。
潼关东距三门峡大坝114公里,是陕、晋、豫三省交会之地,黄河由潼关流过进入河南。
黄河在潼关以上的流向是由北向南,潼关以下是由西向东,穿过三门峡,进入河南大平原。
黄河大支流(也是泥沙的主要来源之一)泾河、渭河以及北洛河都在潼关附近汇入黄河。
潼关向上至龙门,河谷开阔,渭河、北洛河入黄处河床宽达10余公里,黄河行至潼关处,河床缩至1公里,形成“咽喉”。
如果潼关处河床淤积,水位升高,将对上游特别是对泾河、渭河、北洛河流域产生巨大影响。
所谓“潼关高程”,是指黄河在潼关的水位。
它西接关中,东迎大坝,保持一定的高度是大坝存留的关键。
潼关水位过高,将淹没八百里秦川,水位过低,将使三门峡水库的功能降低甚至废弃。
若使潼关高程居高不下,将使泾河、渭河、北洛河入黄不畅,大量泥沙在这些黄河支流下游地区淤积下来,而且离潼关越近,水面抬升就愈高。
降低潼关高程,成为两次改建后水库运行的一个重要问题。
三门峡大坝工程现在存在的风险,以潼关高程的形式表现出来。
在河流上修建水库,虽然会给国民经济各方面带来许多利益,但由于水库泥沙冲淤,同时也将带来许多问题和不利影响,其后果有时可能是相当严重的。
所以,在进行水库规划设计时,必须对水库泥沙问题给予足够的重视。
水库泥沙问题是一个在世界范围内普遍存在的问题,但我国水库泥沙问题尤为突出。
这是因为由于严重的水土流失,我国的河流含沙量一般都很高。
因此,在这样的多沙河流上修建水库,必然会产生泥沙问题。
三门峡水库自1960年投入运用以来,围绕水库泥沙淤积和潼关高程变化开展了大量研究,但对于潼关高程的变化规律和影响因素缺乏统一认识。
自1974年以来采用的蓄清排浑运用方式,非汛期蓄水拦沙,以满足防凌和春灌的需要;汛期则降低水位排沙,以便将非汛期淤积的泥沙排出库外,使库区达到年内或多年的相对冲淤平衡状态。
当水库达不到年内冲淤平衡时,当年的河床边界条件必然对后来年份的泥沙冲淤产生滞后影响。
换句话说,水库当年的淤积及潼关高程不仅受当年水沙条件和坝前水位的影响,而且通过前期河床边界条件,还受过去若干年内的水沙条件和坝前水位的影响。
以往关于潼关高程变化的研究[1-5],没有注意到河床演变中存在的这种滞后影响现象,也就很难完全把握潼关高程和库区淤积的内在规律.
影响库区泥沙淤积和潼关高程变化的根本因素,一是来水来沙条件,二是坝前运用水位。
关于来水来沙变化对潼关高程的影响,有关文献[6]已经作了深入研究。
本文主要在分析库区河床演变的滞后影响基础上,探讨蓄清排浑运用以来库区泥沙淤积和潼关高程随坝前水位变化的响应规律。
本研究对于制定三门峡水库的合理运用方式,具有重要的实用价值。
潼关断面位于黄河和渭河汇流处宽浅河道突然收缩进入三门峡峡谷河道的衔接处,河谷宽仅850m,形成天然卡口,将库区分为潼关以上和潼关以下两大部分(图1)。
潼关以下库区属山区峡谷型河道,长1135km,河谷宽为1~6km,河槽宽度500m左右。
潼关河段位于水库回水的末端,潼关高程的抬升是库区泥沙淤积发展的结果。
图2为潼关高程(相应1000m3s水位)与库区淤积量之间的关系。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 水库淤积问题的认识 水库 淤积 问题 认识 课程 论文