水库变动回水区水沙特性及清淤措施分析

水库变动回水区内水沙环境复杂,使河床形态长期处于调整过程中,影响河道防洪、涉水工程的安全和效益。以西北某水库工程为例,通过对水沙特性及淤积现状分析,综合比较“减少入库泥沙、增大水力排沙、机械清淤”三种方法的利弊,最终确定水库变动回水区清淤措施。项目重点考虑了水库功能需求、环境保护、泥沙资源化利用和施工设备适宜性等内容,通过拼装式环保绞吸船对工程河段泥沙进行疏浚、吹填一体化施工,并结合“蓄清排浑”运行机制,在保证清淤效果的基础上,减缓水库淤积。

水库变动回水区鱼类产卵场生境重塑的生态调度目标研究

重建产卵场以保障重要鱼类自然繁殖是水库生态调度的主要目标之一。将产卵场生境修复盲区——变动回水区作为一个新的生境重塑区,整合二维水动力学模型和鱼类栖息地模型,建立入库流量-水位-鱼类有效栖息地面积的三元关系,确定了水库生境重塑目标区间。以岷江上游紫坪铺水库为例,对其变动回水区齐口裂腹鱼产卵场进行模拟,计算了182种流量水位组合工况下齐口裂腹鱼有效栖息地面积,确定紫坪铺水库变动回水区生境重塑目标区间,此区间的入库流量范围为114~652m3/s,水位范围为817~844m,从而调度水库水位实现变动回水区产卵场重塑目标。本研究确定的生境重塑目标区间,为水库变动回水区鱼类产卵场的功能修复提供了科学支持,并为水库生态效益最大化提供了新视角。

白鹤滩枢纽变动回水区设计最低通航水位的确定

以金沙江白鹤滩库区为例,对于老君滩滩王所在的变动回水段河床比降大,无法采用整治措施达到规划航道等级的要求,传统的用保证率流量和坝前水位组合方案不符合实际航运要求及通航情况。探讨采用类比溪洛渡运行的方法,并考虑白鹤滩回水及整治措施的影响,综合确定设计最低通航水位。同时对天然情况和整治措施后的通航保证率分段计算,以供航道整治决策。

三峡变动回水区广阳坝河段河床演变及整治方案

广阳坝河段是三峡变动回水区朝天门—涪陵河段通航卡口河段之一,消落期需实施通行控制方能保障航行安全,严重制约了该段航道通过能力。针对广阳坝河段在消落期航道条件差的问题,采用实测地形对比的方法,对其河床演变进行分析,并对碍航特性进行论述。在此基础上,提出改善航道条件、提高航道尺度的整治方案,并分析其整治效果,可为提升朝天门—涪陵河段航道尺度提供支撑。

三峡水库变动回水区采砂分布研究

河道采砂规模不断扩大,影响了河床结构的稳定性及演变特性。根据2007—2019年江津—涪陵河段的实测地形资料,对三峡水库变动回水区采砂坑分布进行统计,并分析了重点河段的采砂坑恢复情况。研究结果表明:变动回水区2007—2019年的采砂量约为1.63亿m^(3),剧烈采砂活动集中于2007—2016年,主要采砂区段为江津—长寿河段,采砂位置主要分布于河道边滩。自2016年长江上游禁采措施实施以来,变动回水区采砂活动大幅减小,而三峡入库来沙的进一步减小引起库尾河段年际冲淤变化较小。在目前三峡入库来沙条件下,库尾边滩采砂坑基本无法恢复至原有形态。

三峡库区变动回水区上段鱼洞水道中堆、窎鱼嘴疏浚方案

三峡水库175 m试验性蓄水以来,在新水沙条件下变动回水区上段局部重点碍航浅滩持续存在卵砾石淤积碍航问题,对库尾河段航道条件产生不利影响,船舶通航安全存在一定隐患。自2020年汛期特大洪水以来,变动回水区上段鱼洞水道中堆、窎鱼嘴浅碛逐年淤长,以该段重点碍航滩险为背景,分析了重点碍航浅滩冲淤特点、碍航成因等,提出了针对性维护疏浚方案,并对疏浚后效果进行分析。从维护性疏浚完工后效果及河段航道条件来看,鱼洞水道中堆、窎鱼嘴重点碍航浅滩河段的航宽、水深、弯曲半径均得到一定改善,航道条件明显好转。

水沙调节后三峡工程变动回水区泥沙冲淤变化

长江上游溪洛渡、向家坝等水电工程的建设,改变了进入三峡水库变动回水区及库区的水沙环境。上游水库水沙调节后,变动回水区的泥沙淤积情况将会发生相应变化。在分析三峡工程变动回水区水沙特性的基础上,应用建立的适合多连通域的贴体正交曲线坐标系下的二维水沙数学模型,根据三峡工程初步设计阶段选定的1961-1970年(简称60系列)及上游水库水沙调节后的水文系列及相应进出口边界条件,预测了重庆主城区河段100年泥沙冲淤的时空变化规律。研究表明,60水沙系列条件下,该河段淤积比较严重,淤积主要位于岸线凹凸不平的弯沱、回流区及河道的宽浅河段;上游水沙调节后,仅局部岸线凹凸不平的弯沱有少量泥沙淤积,主城区川江段的淤积量仅为60系列的17.4%,嘉陵江段仅为60系列的10.3%,这对三峡水库有效库容的保持及主城区河段岸线利用有利。

上游建库对三峡水库变动回水区航道的影响

在分析上游建库对三峡水库枯水期保证水位回水末端的影响的基础上,对比分析了三峡蓄水后上游无库和上游建库情况下重庆河段的淤积发展、分布及其对航道的影响,结果表明:随着水库运用初期河势调整或者炸礁措施的投入及枯期消落水位155m回水末端的上延,重庆河段是变动回水区碍航的重点区域;干流上游水库的联合作用下,重庆河段干流河段将明显冲刷,原有的淤积位置淤积量及淤积厚度明显减小,甚至出现冲刷,重庆河段干流航道得到明显改善,嘉陵江入汇口处的金沙碛河段受干流上游建库的影响较小,碍航状况和上游无库情况下基本一致。

三峡水库变动回水区泥沙问题研究

通过分析三峡水库运用前后的入库水沙特点和变动回水区泥沙冲淤变化规律后认为:建库前该河段年际间河床冲淤基本平衡。三峡水库运用5年来,入库沙量比建库前有较大的减少;该河段总体淤积,主要淤积在边滩,深槽淤积较少甚至有冲刷,土脑子河段发生河型转化;由于长江上游水库拦沙的作用,变动回水区河段的泥沙淤积速率会比原来预计的要小。

水沙调节后三峡工程变动回水区洛碛-王家滩河段演变趋势

水沙条件和水库调度方式是影响三峡工程变动回水区河床演变的重要因素。长江上游正在建设的大型梯级水库群将改变三峡工程变动回水区的来水来沙条件,从而引起泥沙冲淤的变化。本文建立了三峡工程变动回水区洛碛-王家滩河段二维水沙数学模型,模拟了不同水沙条件下该河段的演变趋势。采用三峡蓄水运用后2007-2008年实测资料进行了验证,较好地模拟了天然情况下的涨水淤积过程和受三峡回水影响的累积淤积过程。采用90系列、90+上游建库水沙系列计算了洛碛-王家滩30年后的淤积量及淤积部位。计算表明,受三峡工程变动回水的影响,洛碛-王家滩河段发生累积性淤积。90+上游建库系列淤积量相当于90系列的31.8%～82.3%,主要与长江上游梯级水库拦沙有关。淤积部位主要位于岸线凹凸不平的弯沱、回流区及河道的宽浅河段,淤积后的河床岸线更趋平顺。在此基础上分析了泥沙淤积对重点浅滩上、下洛碛航道的影响。

三峡库区变动回水区架空直立式码头结构形式研究

从三峡库区变动回水区特殊的地形地质及水文条件出发,以寸滩港三期拟建工程为实例,通过对结构形式特点比较、施工方法论述及合理施工水位确定等要素的分析,对架空直立式码头结构进行排架跨度、基桩桩径优化设计,提出了适应于三峡库区变动回水区的大桩径、大跨度架空直立式码头结构形式,比传统的码头结构工程量减少、工程造价降低,并解决了三峡成库后低水位施工期短的难题。此研究成果可为库区码头建设提供良好的技术支持,具有一定的参考价值。

三峡水库变动回水区河床演变及航道整治

在系统总结前人对三峡水库变动回水区泥沙和航运问题研究主要成果的基础上,从三峡水库建库前的天然水文泥沙条件、河道边界形态及组成、河床演变规律、滩险及航道现状,建库后的水力因子变化、泥沙淤积分布及规律、河床变形及发展趋势、航道条件变化、上游来水来沙条件变化等方面,对建库后三峡变动回水区河段的演变规律及其影响因素进行了分析。在此基础上,对三峡水库变动回水区泥沙淤积对航道与港口的影响及其治理措施等进行了分析研究。

三峡变动回水区重点河段演变分析

在原型观测资料的基础上,通过地理信息系统等技术手段,对三峡水库蓄水初期变动回水区重点河段的演变规律进行了分析.结果表明,三峡蓄水后这些河段均出现累积性的淤积.就空间分布而言,累积性淤积部位主要出现在弯道凹岸缓流区等处,可见水动力影响为淤积的主要原因.上游来水来沙条件与水库运行是变动回水区演变的主要影响因素.而坝前水位调整使得各河段常表现为蓄水期淤积,消落期冲刷.同时随着非汛期坝前水位的逐年抬高,累积性淤积区也随之向上游拓展.

北江白石窑水利枢纽坝下变动回水区航道整治试验研究

北江白石窑枢纽坝下变动回水区是北江中游重要的碍航浅滩。整治前,航槽水浅,船舶须减载或等水航行,塞船现象常有发生,维护水深仅在0.8～1.0 m,甚至断航现象时有发生,实施航道整治工程十分必要。为达到Ⅲ级航道标准,本文在分析浅滩的演变特点基础上,开发了河工模型,充分利用前整治建筑物,以因势利导为原则,利用挖槽、整治丁坝和疏浚等工程措施,对2个Ⅲ级航道整治方案进行对比分析,提出整治方案。从分析结果来看,此河段达到2.5 m×60 m的航道尺度是切实可行的。

三峡水库变动回水区铜锣峡河段演变研究

三峡水库铜锣峡河段泥沙模型进行了正常蓄水位１６０ｍ，１７０ｍ，１７５ｍ及１８０ｍ方案的浑水试验；该河段分别处于各种方案的变动回水区上、中、下段位置。文中综合分析了这些试验成果，认为变动回水区内各河段悬移质泥沙淤积量的多少，主要取决于汛期壅水高度，因此优化三峡水库调度是解决变动回水区航道、港口泥沙问题的重要手段之一。建库后卵石推移质主要淤积在回水末端附近和变动回水区上段，应针对不同河段特点实施整治工程。

变动回水影响下的水位流量过程对应关系分析

闸坝变动回水影响的河道,其水位流量过程对应关系非常复杂,与来水量大小、闸门启闭、蓄泄量有关,因而存在着反峰、错峰、多峰对应等关系。以水量平衡原理为基础,分析推导了定量关系式,讨论了不同条件下的水位流量变化过程。结果表明,受闸坝变动回水影响的河段,不仅要增加测流次数,还要了解来水情况及闸门启闭条件。该分析结果可作为闸坝变动回水影响河段的流量测验、整编、分析及合理性检查等参考借鉴。

三峡工程变动回水区泥沙淤积的试验研究

为研究三峡工程变动回水区的泥沙淤积，建造了长达８００ｍ的全沙试验模型。模型范围包括长江和嘉陵江约２００ｋｍ的天然河段。进行了清水、浑水验证以及蓄水位高程为１７５、１８０和１５６ｍ的长系列模型试验。明确了各蓄水位方案下变动回水区河段的冲淤规律、泥沙淤积对该区航道和沿江港口的影响。为三峡工程的技术验证提供了科学依据。

变动回水区河段的设计最低通航水位确定

变动回水区河段设计最低通航水位确定是目前山区航道整治工程中经常遇到的问题。以广西绣江交口电站的变动回水区河段为例,分析了变动回水区的水沙特性,分别利用水位、流量样本及不同方法计算与分析本河段的设计水位,提出了变动回水区河段设计最低通航水位的确定方法。

三峡变动回水区猪儿碛河段冲淤特性分析

猪儿碛河段位于三峡175 m运行变动回水区的中段,通过概化模型试验,模拟了2009年流量过程下该河段的冲淤特性,经分析认为该河段消落冲刷、汛期淤积、年内基本冲淤平衡。结合影响该河段冲淤的因素分析,探讨了利于变动回水区冲刷的三峡水库最佳消落时间,为同类研究提供了一定的参考。

大顶子山航电枢纽变动回水区航道整治试验研究

大顶子山航电枢纽变动回水区河段年际、年内来水及来沙不均。定床模型试验提出了变动回水区河段航道以整治为主、疏浚为辅的整治原则,整治建筑物高度丁坝取0.5 m,锁坝取1.2 m;变动回水区上段整治线宽度取300 m,下段取200 m。经动床模型多方案试验比较,推荐方案满足III级航道标准,但变动回水区上段产生累计性淤积,河床普遍发生淤积抬高现象,使航深变浅,航行条件恶化,若要达到III级航道标准(航深1.7 m×航宽70 m×弯曲半径500 m)约10 a时间进行清淤。