基于多元統(tǒng)計(jì)引黃水庫(kù)沉沙條渠泥沙與水質(zhì)變異分析

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

泥沙的淤積,是水庫(kù)、電站非常關(guān)心的問題。根據(jù)實(shí)測(cè)泥沙資料,按沙量平衡原理計(jì)算麻石庫(kù)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?？値?kù)容2.7億米~3,有效庫(kù)容0.6億米~3,庫(kù)區(qū)集水面積19940平方公里,水庫(kù)上下游均設(shè)有水文站。一、水文站分布情況(一)入庫(kù)站:1.涌尾站位于都柳江下游,集水面

本文通過對(duì)新疆克孜爾水庫(kù)1953-2008年近56的年入庫(kù)懸移質(zhì)泥沙觀測(cè)資料的分析,得出結(jié)論:克孜爾水庫(kù)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(kù)泥沙淤積嚴(yán)重的主要原因。同時(shí)介紹了克孜爾水庫(kù)目前采取的減緩水庫(kù)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(yùn)用情況。從而提出了從根本上解決水庫(kù)泥沙淤積日趨嚴(yán)重問題的有效措施是:采取人工輔助工程措施進(jìn)行沖淤排沙,可使水庫(kù)長(zhǎng)期保持一定的防洪庫(kù)容、興利庫(kù)容,以延長(zhǎng)水庫(kù)的使用壽命。

新疆渭干河流域?qū)儆诟吆澈恿?。開展泥沙淤積發(fā)展規(guī)律的研究,制定合理的水庫(kù)運(yùn)行和排沙方案,恢復(fù)和維持長(zhǎng)期有效庫(kù)容,將有助于克孜爾水庫(kù)合理調(diào)度,緩解灌溉、防洪和發(fā)電的矛盾,對(duì)充分發(fā)揮工程的灌溉、防洪、發(fā)電等經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益有著重要的指導(dǎo)意義。另外,通過對(duì)水庫(kù)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(shè)、水庫(kù)可持續(xù)運(yùn)行的有效實(shí)施提供重要的研究基礎(chǔ),也可為其他水庫(kù)泥沙問題的解決提供參考依據(jù)。

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

為分析白石水庫(kù)泥沙淤積影響因子并準(zhǔn)確計(jì)算各因子的影響程度,定性分析了白石水庫(kù)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(kù)水沙資料,采用偏最小二乘法建立模型,定量計(jì)算各影響因子對(duì)水庫(kù)泥沙淤積的影響程度,采用灰色關(guān)聯(lián)度法驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果。結(jié)果表明,影響白石水庫(kù)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(kù)水量15.31%、出庫(kù)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(kù)工程長(zhǎng)系列的水沙資料進(jìn)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(jìn)行分析計(jì)算，計(jì)算表明：恒河華洲水庫(kù)淤積形態(tài)為三角洲淤積，并得出該水庫(kù)不同運(yùn)行年限的淤積量、淤積庫(kù)容曲線以及壩前淤積高程。為確定供水建筑物進(jìn)水口最低高程提供基礎(chǔ)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(jì)50年代河北省就開始了引黃調(diào)水工程,先后經(jīng)歷了引黃濟(jì)衛(wèi)、引黃入冀、引黃濟(jì)津、引黃濟(jì)淀、引黃濟(jì)津濟(jì)淀5個(gè)階段。目前,隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)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(shí)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(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期引黃的關(guān)鍵所在。

由粗沙高含沙渾水的靜水沉降試驗(yàn)資料，分析得出只有在含沙量接近極限含沙量時(shí)，垂線含沙量及級(jí)配分布才會(huì)均勻穩(wěn)定，并與前人在水槽形成層移質(zhì)的體積比含沙量ｓｖ＝０．４５一致；含沙量小于極限含沙量時(shí)，垂線含沙量及級(jí)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(gè)球體沉速公式可用以計(jì)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(zhì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》要求,并能長(zhǎng)期保證一定的有效庫(kù)容,采用水動(dòng)力方程、污染物及懸沙輸運(yùn)方程建立數(shù)學(xué)模型,按照有限體積和有限差分結(jié)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(duì)比,確定了龍湖水體交換的最佳運(yùn)行方式和進(jìn)流泥沙粒徑、含沙量的標(biāo)準(zhǔn)。

依據(jù)三峽蓄水后變動(dòng)回水區(qū)的實(shí)測(cè)資料,初步分析了三峽水庫(kù)175m正常蓄水下變動(dòng)回水區(qū)輸沙過程及該河段沖淤特性,揭示了航道調(diào)整的內(nèi)在機(jī)理,總結(jié)了水沙條件變化和河段沖淤規(guī)律。結(jié)果可為減少變動(dòng)回水區(qū)的泥沙淤積及淤沙淺灘的治理提供科學(xué)依據(jù)。

營(yíng)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(yán)重阻塞。通過對(duì)設(shè)計(jì)可研報(bào)告回水分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)勘情況比較,分析水庫(kù)回水對(duì)營(yíng)盤河支流泥沙淤積的影響。

闡述葠窩水庫(kù)庫(kù)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(duì)本溪北營(yíng)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(quán)等多項(xiàng)治理措施及建議。

根據(jù)黃河輸沙量等觀測(cè)資料,提出了一個(gè)簡(jiǎn)便的用于計(jì)算流域水庫(kù)攔截泥沙量的公式。據(jù)對(duì)1950—2003年黃河流域水庫(kù)攔截的泥沙量進(jìn)行計(jì)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(kù)庫(kù)區(qū)。研究指出,對(duì)現(xiàn)有黃河干流控制性水庫(kù)制定科學(xué)的調(diào)水調(diào)沙方案,對(duì)在建和擬建的水庫(kù)采取積極的調(diào)水調(diào)沙設(shè)計(jì),制定黃河流域系統(tǒng)的水沙調(diào)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(guān)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(jí)高壩和小觀音高壩加大柳樹低壩兩級(jí)2個(gè)開發(fā)方案。通過泥沙沖淤計(jì)算,對(duì)黑山峽河段不同開發(fā)方式的各時(shí)期調(diào)節(jié)庫(kù)容、攔沙減淤作用、蓄水造峰情況及死庫(kù)容等幾方面進(jìn)行了比較:大柳樹高壩有調(diào)節(jié)庫(kù)容大、攔沙減淤時(shí)間長(zhǎng)、蓄水造峰作用強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),黑山峽一級(jí)開發(fā)比二級(jí)開發(fā)能更大限度地發(fā)揮水庫(kù)的綜合效益。

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

一、劉家峽水庫(kù)概況劉家峽水庫(kù)由黃河干流、洮河及大夏河支流組成,水庫(kù)正常高水位1735m,相應(yīng)設(shè)計(jì)庫(kù)容57億m~3,其中黃河、大夏河、洮河庫(kù)區(qū)各占94%、4%、2%.有效庫(kù)容41.5億m~3,死水位1694m,相應(yīng)死庫(kù)容15.5億m~3.劉家峽水庫(kù)自1968年10月蓄水至1992年10月,24年全庫(kù)共淤積泥沙13.16億m~3,其中黃河干流庫(kù)區(qū)淤積12.00億m~3,洮河庫(kù)區(qū)淤積0.72億m~3,大夏河庫(kù)區(qū)淤積0.44億m~3,各庫(kù)區(qū)相應(yīng)庫(kù)容百分?jǐn)?shù),全庫(kù)占23%、黃河占22%、洮河占63%、大夏河占19.3%.

通過對(duì)烏魯瓦提水庫(kù)近泥沙觀測(cè)資料的分析,根據(jù)烏魯瓦提水庫(kù)泥沙的淤積特點(diǎn),分析預(yù)測(cè)烏魯瓦提水庫(kù)泥沙淤積的發(fā)展趨勢(shì),為研究多泥沙河流山區(qū)型水庫(kù)淤積特性和水庫(kù)綜合調(diào)度運(yùn)用提供借鑒與參考。

依據(jù)庫(kù)區(qū)河床橫斷面測(cè)量數(shù)據(jù),用反算法計(jì)算來沙量;通過對(duì)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(kù)泥沙淤積趨勢(shì)。經(jīng)分析認(rèn)為,淤積泥沙不影響水庫(kù)壽命和防洪標(biāo)準(zhǔn)。

為了探求水生植物對(duì)泥沙沉速的影響,本文在總結(jié)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(chǔ)上,在靜水中設(shè)置不同直徑、不同排列密度的不銹鋼圓柱細(xì)桿模擬水體中不帶分叉的剛性植物,分別測(cè)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(jìn)行對(duì)比。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),在試驗(yàn)粒徑范圍內(nèi),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(dǎo)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(shù)和流域基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫(kù)的支持下,對(duì)研究區(qū)徑流和泥沙進(jìn)行了模擬研究,利用2006—2009年的日徑流和泥沙監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了校準(zhǔn)和驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果表明swat模型適用于研究區(qū)。結(jié)果表明:區(qū)內(nèi)土壤侵蝕強(qiáng)度以微度為主,年均泥沙量為15.395萬(wàn)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(qiáng),在7月、8月的產(chǎn)沙量占全年總量的67.9%;年均入庫(kù)水量和入庫(kù)泥沙分別為10.899億m3、8.265萬(wàn)t,其中渾河流域貢獻(xiàn)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(kù)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(chǔ)支持。

以簸箕李引黃灌區(qū)為例,通過近10a的引水引沙觀測(cè)資料和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析,運(yùn)用水沙運(yùn)動(dòng)機(jī)理,初步得出灌區(qū)水沙分布的規(guī)律及特點(diǎn)。結(jié)合灌區(qū)的實(shí)際運(yùn)行情況,圍繞如何減少骨干渠系的淤積進(jìn)行探討,通過大量觀測(cè)得出水沙優(yōu)化調(diào)度方案,并采取相應(yīng)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(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。