青铜峡水库泥沙冲淤变形准二维数值模拟计算

【摘要】： 青铜峡水库是黄河干流上的一座以灌溉为主,结合发电、防洪、防凌、城市供水等综合利用的日调节水库,经过40多年运用,目前已达到冲淤平衡状态。水库泥沙淤积给水库正常运行、发电带来一系列问题,如防洪能力降低,灌溉能力下降,加大了闸门的开启力等。这极大地影响了枢纽正常运行和防洪安全。本文通过对青铜峡水库的淤积现状和冲淤特点进行分析,针对水库具体情况,在一维非恒定泥沙数学模型的基础上,建立了准二维非恒定非均匀泥沙数学模型,利用该模型研究了青铜峡水库泥沙问题。 在建模过程中沿河道流向分成若干流管,对每个流管利用非耦合法分别求解水流方程和泥沙方程。运用Preissmann四点偏心隐式格式对水流方程进行离散,并用追赶法求解。采用迎风格式将悬移质不平衡输沙方程离散成差分方程求解。计算中,根据实际情况选择水流挟沙力、悬移质级配、泥沙沉速等计算公式,以及非饱和系数、糙率等参数。对泥沙粒径进行分组,计算分组挟沙力和悬移质级配,然后确定每个流管中的泥沙冲淤变形。最后利用最小能耗率原理判断相邻两岸的流管内的冲淤量如何分配,以确定河宽变化和河道摆动幅度。 通过对青铜峡水库实测的水沙资料分析,选择了2004年汛末拉沙的实测资料,对本文所建立的模型进行了验证,验证结果令人满意。利用该模型研究了青铜峡水库冲淤变化规律,以及分析了水库蓄清排浑运用方式与冲淤过程关系。