三峡水库挖粗沙减淤方式研究
【摘要】：本文针对水库长期存在的泥沙淤积问题,提出“固定河段挖粗沙”水库减淤方式。实测资料表明河道型水库泥沙淤积具有沿程分选的特性,粗沙集中淤积在变动回水区,并且对水库后期淤积影响很大。基于此提出水库挖粗沙减淤的方式,即在变动回水区适当位置选择一定范围设立固定的挖沙河段,利用挖泥船等机械设备集中并挖除大部分粗沙,达到减少淤积量、降低最终库区淤积面和回水面的目的。水库挖粗沙设置主要包括挖沙段地理位置、挖沙尺寸、粗沙粒径范围和挖沙方式的确定。
对水库挖粗沙的减淤机理进行探讨。实测与理论分析表明,河道型水库各组泥沙分选淤积,库尾粗沙沉积率远大于细沙,因此库区回水末端设置挖沙段的粗沙拦截比例和挖粗沙效率都较高。粗沙的大量拦截能够使进入常年回水段的泥沙明显变细,平均沉速大大降低,从而减缓库区冲淤平衡坡降,并通过河道水动力条件改变与河床演变的相互作用,将减淤作用延伸至库区各段,实现整个水库减淤。调查目前国内外疏浚清淤工程和疏浚设备,分析当前的疏浚成本和建筑河沙市场情况,认为对水库进行较大规模挖粗沙的减淤方式在技术和经济上均已具备相当可行性。
利用水库泥沙数学模型,对三峡水库的挖粗沙减淤方式进行研究。分别针对三峡设计水沙系列(60s)和近期少沙系列(90s)进行大量挖粗沙方案计算,代表方案的计算结果显示,以粒径D0.1mm为粗沙,连续挖粗沙方式的百年累计挖沙量分别为32-38亿m~3(60s)和18.4-26.1亿m~3(90s),粗沙拦截比例达50%-70%,使水库总淤积量分别控制在140亿m~3(60s)和110亿m~3左右(90s),挖沙减淤效率高于95%,水库冲淤平衡坡降减缓25%左右,重庆河段淤积量大大减少,抑制淤积上延和回水抬升。因此,挖粗沙方式可基本控制三峡水库后期淤积持续增长的趋势,有利于保护水库有效防洪库容和库尾航道安全,对三峡工程实现长期、可持续利用具有重大意义。
水库挖粗沙减淤的方式,对三峡水库的泥沙治理具有较大参考意义,同时作为传统水库泥沙淤积控制方式的拓宽,可推广至一般的大型河道水库减淤,为水库淤积问题提供一种积极可靠的解决途径。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TV145
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