基于多元統(tǒng)計引黃水庫沉沙條渠泥沙與水質變異分析

文章通過多方面分析論證沙溝子水庫泥沙侵蝕模數(shù),最終確定侵蝕模數(shù)為5000t/km~2·a,計算出沙溝子水庫多年平均入庫懸移質輸沙總量為44.5萬t,每年入庫沙量39.37萬m~3,為水庫的前期建設工作提供參考。

泥沙的淤積,是水庫、電站非常關心的問題。根據(jù)實測泥沙資料,按沙量平衡原理計算麻石庫區(qū)的泥沙淤積情況,現(xiàn)介紹如下。麻石電站位于都柳江和潯江的匯合口下游26.8公里處的融江河段上(見圖1),以發(fā)電為主。總庫容2.7億米~3,有效庫容0.6億米~3,庫區(qū)集水面積19940平方公里,水庫上下游均設有水文站。一、水文站分布情況(一)入庫站:1.涌尾站位于都柳江下游,集水面

本文通過對新疆克孜爾水庫1953-2008年近56的年入庫懸移質泥沙觀測資料的分析,得出結論:克孜爾水庫泥沙淤積速度過快是由于近10年來,渭干河出現(xiàn)了豐水、豐沙的水文年景過程,大洪水及特大洪水挾帶大量泥沙是造成水庫泥沙淤積嚴重的主要原因。同時介紹了克孜爾水庫目前采取的減緩水庫泥沙淤積速度的排沙措施:異重流排沙、低水位渾水排沙的運用情況。從而提出了從根本上解決水庫泥沙淤積日趨嚴重問題的有效措施是:采取人工輔助工程措施進行沖淤排沙,可使水庫長期保持一定的防洪庫容、興利庫容,以延長水庫的使用壽命。

新疆渭干河流域屬于高含沙河流。開展泥沙淤積發(fā)展規(guī)律的研究,制定合理的水庫運行和排沙方案,恢復和維持長期有效庫容,將有助于克孜爾水庫合理調度,緩解灌溉、防洪和發(fā)電的矛盾,對充分發(fā)揮工程的灌溉、防洪、發(fā)電等經濟效益和社會效益有著重要的指導意義。另外,通過對水庫泥沙淤積發(fā)展規(guī)律的研究,還可為流域水土保持、生態(tài)環(huán)境建設、水庫可持續(xù)運行的有效實施提供重要的研究基礎,也可為其他水庫泥沙問題的解決提供參考依據(jù)。

汾河水庫是山西省最大的水庫,也是省城太原市最重要的供水水源。分析水庫淤積特征及原因,可以為進一步加強水庫管理提供科學依據(jù)。對汾河水庫1962~2008年淤積情況分析表明:水庫淤積量總體呈減小趨勢,汛期降水量和來水量是造成水庫淤積的主要原因,水土保持措施的實施對減小水庫淤積具有重要作用。

為分析白石水庫泥沙淤積影響因子并準確計算各因子的影響程度,定性分析了白石水庫水沙情況,獲取了泥沙淤積的主要影響因子;再依據(jù)2001～2008年白石水庫水沙資料,采用偏最小二乘法建立模型,定量計算各影響因子對水庫泥沙淤積的影響程度,采用灰色關聯(lián)度法驗證了計算結果。結果表明,影響白石水庫泥沙淤積的主要因子及其影響程度為平均流量35.26%、汛期降水量30.66%、入庫水量15.31%、出庫水量12.52%、平均輸沙率3.55%、最大流量2.65%和平均含沙量0.05%。

本文以恒河華洲水庫工程長系列的水沙資料進行分析，由于沙量資料僅有1958年-1992年共35年系列，為此，水沙系列采用1958年1月～1992年12月的水沙系列進行分析計算，計算表明：恒河華洲水庫淤積形態(tài)為三角洲淤積，并得出該水庫不同運行年限的淤積量、淤積庫容曲線以及壩前淤積高程。為確定供水建筑物進水口最低高程提供基礎參數(shù)，以便更合理的確定水工樞紐工程的總體布置。

上世紀50年代河北省就開始了引黃調水工程,先后經歷了引黃濟衛(wèi)、引黃入冀、引黃濟津、引黃濟淀、引黃濟津濟淀5個階段。目前,隨著經濟社會對水需求的不斷增大,我省逐漸加大了引黃力度。但是,黃河水的含沙量高,容易造成引黃輸水河道的淤積。河北省實施引黃18年來,盡管引水緩解了受水區(qū)用水緊張狀況,但大量的泥沙也沉積在輸水河道中,妥善處理泥沙是實現(xiàn)長期引黃的關鍵所在。

由粗沙高含沙渾水的靜水沉降試驗資料，分析得出只有在含沙量接近極限含沙量時，垂線含沙量及級配分布才會均勻穩(wěn)定，并與前人在水槽形成層移質的體積比含沙量ｓｖ＝０．４５一致；含沙量小于極限含沙量時，垂線含沙量及級配分布都有梯度。通過分析論證，發(fā)現(xiàn)若用渾水的容重、粘性代替清水的容重、粘性，則沙玉清介流區(qū)單個球體沉速公式可用以計算粗顆粒泥沙的分組群體沉速。

鄭州龍湖是新開挖的人工湖,從黃河引水。由于黃河水含沙量較高,工程建成后,為了保證龍湖水質達到《地表水環(huán)境質量標準》要求,并能長期保證一定的有效庫容,采用水動力方程、污染物及懸沙輸運方程建立數(shù)學模型,按照有限體積和有限差分結合的方法,模擬鄭州龍湖水體交換和泥沙淤積過程,通過分析對比,確定了龍湖水體交換的最佳運行方式和進流泥沙粒徑、含沙量的標準。

依據(jù)三峽蓄水后變動回水區(qū)的實測資料,初步分析了三峽水庫175m正常蓄水下變動回水區(qū)輸沙過程及該河段沖淤特性,揭示了航道調整的內在機理,總結了水沙條件變化和河段沖淤規(guī)律。結果可為減少變動回水區(qū)的泥沙淤積及淤沙淺灘的治理提供科學依據(jù)。

營盤河為廟林電站大壩上游左岸的一條支流,距壩址約4280m處匯入洛澤河。由于泥沙淤積,河道嚴重阻塞。通過對設計可研報告回水分析和現(xiàn)場實勘情況比較,分析水庫回水對營盤河支流泥沙淤積的影響。

闡述葠窩水庫庫區(qū)泥沙淤積狀況及造成泥沙淤積的主要原因,分析了泥沙淤積對本溪北營鋼鐵股份有限公司等單位取水的影響,提出聯(lián)合執(zhí)法、行使水政監(jiān)察執(zhí)法權等多項治理措施及建議。

根據(jù)黃河輸沙量等觀測資料,提出了一個簡便的用于計算流域水庫攔截泥沙量的公式。據(jù)對1950—2003年黃河流域水庫攔截的泥沙量進行計算,54年來攔截的泥沙總量為196億t,其中大約有70%的泥沙分布在三門峽和小浪底水庫庫區(qū)。研究指出,對現(xiàn)有黃河干流控制性水庫制定科學的調水調沙方案,對在建和擬建的水庫采取積極的調水調沙設計,制定黃河流域系統(tǒng)的水沙調配總體方案,將有利于解決黃河下游和三角洲地區(qū)與水沙有關的一系列環(huán)境問題。

黑山峽河段的開發(fā)方式有大柳樹一級高壩和小觀音高壩加大柳樹低壩兩級2個開發(fā)方案。通過泥沙沖淤計算,對黑山峽河段不同開發(fā)方式的各時期調節(jié)庫容、攔沙減淤作用、蓄水造峰情況及死庫容等幾方面進行了比較:大柳樹高壩有調節(jié)庫容大、攔沙減淤時間長、蓄水造峰作用強等優(yōu)點,黑山峽一級開發(fā)比二級開發(fā)能更大限度地發(fā)揮水庫的綜合效益。

本文分析了鳳翔縣白荻溝水庫泥沙淤積原因、淤積量與入庫水量的關系以及淤積分布情況,提出了減緩水庫泥沙淤積的措施。

一、劉家峽水庫概況劉家峽水庫由黃河干流、洮河及大夏河支流組成,水庫正常高水位1735m,相應設計庫容57億m~3,其中黃河、大夏河、洮河庫區(qū)各占94%、4%、2%.有效庫容41.5億m~3,死水位1694m,相應死庫容15.5億m~3.劉家峽水庫自1968年10月蓄水至1992年10月,24年全庫共淤積泥沙13.16億m~3,其中黃河干流庫區(qū)淤積12.00億m~3,洮河庫區(qū)淤積0.72億m~3,大夏河庫區(qū)淤積0.44億m~3,各庫區(qū)相應庫容百分數(shù),全庫占23%、黃河占22%、洮河占63%、大夏河占19.3%.

通過對烏魯瓦提水庫近泥沙觀測資料的分析,根據(jù)烏魯瓦提水庫泥沙的淤積特點,分析預測烏魯瓦提水庫泥沙淤積的發(fā)展趨勢,為研究多泥沙河流山區(qū)型水庫淤積特性和水庫綜合調度運用提供借鑒與參考。

依據(jù)庫區(qū)河床橫斷面測量數(shù)據(jù),用反算法計算來沙量;通過對三角洲淤積體的分析和上游潘口水電站興建后的影響,判斷黃龍灘水庫泥沙淤積趨勢。經分析認為,淤積泥沙不影響水庫壽命和防洪標準。

為了探求水生植物對泥沙沉速的影響,本文在總結泥沙顆粒在水體中沉降的影響因素及阻力系數(shù)規(guī)律的基礎上,在靜水中設置不同直徑、不同排列密度的不銹鋼圓柱細桿模擬水體中不帶分叉的剛性植物,分別測定粒徑為0.1cm~0.45cm的沙粒沉速,并與沒有植物條件下的沉速進行對比。研究結果發(fā)現(xiàn),在試驗粒徑范圍內,含植物水體中泥沙沉速隨泥沙粒徑、植物密度增大而減小,通過修正阻力系數(shù),推導出考慮植物桿徑及植物密度排列的泥沙沉速公式。

采用swat模型,在gis技術和流域基礎信息數(shù)據(jù)庫的支持下,對研究區(qū)徑流和泥沙進行了模擬研究,利用2006—2009年的日徑流和泥沙監(jiān)測數(shù)據(jù)對模型進行了校準和驗證,驗證結果表明swat模型適用于研究區(qū)。結果表明:區(qū)內土壤侵蝕強度以微度為主,年均泥沙量為15.395萬t;不同土地利用方式下的土壤侵蝕模數(shù)不同,耕地土壤侵蝕模數(shù)最大為475.84t/(km2.a),泥沙量占總量的94.4%,且季節(jié)性較強,在7月、8月的產沙量占全年總量的67.9%;年均入庫水量和入庫泥沙分別為10.899億m3、8.265萬t,其中渾河流域貢獻率最大,其次為蘇子河流域。本研究揭示了遼寧省主要城市供水水源的大伙房水庫匯水區(qū)水土流失規(guī)律,為水土保持和面源污染防治提供了重要基礎支持。

以簸箕李引黃灌區(qū)為例,通過近10a的引水引沙觀測資料和試驗數(shù)據(jù)的分析,運用水沙運動機理,初步得出灌區(qū)水沙分布的規(guī)律及特點。結合灌區(qū)的實際運行情況,圍繞如何減少骨干渠系的淤積進行探討,通過大量觀測得出水沙優(yōu)化調度方案,并采取相應的減淤措施和方案,使骨干渠道減淤效果明顯,并取得較好的經濟效益和社會效益。