水利工程論文-基于空間尺度的黃河調(diào)水調(diào)沙.doc

水利工程論文-基于空間尺度的黃河調(diào)水調(diào)沙摘要：黃河下游河道之所以發(fā)生嚴(yán)重淤積，主要是因?yàn)檫M(jìn)入下游河道的天然水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)。所謂調(diào)水調(diào)沙，就是按照黃河下游河道沖淤規(guī)律，通過人工干預(yù)把進(jìn)入黃河下游河道的不協(xié)調(diào)的水沙關(guān)系塑造為相協(xié)調(diào)的水沙關(guān)系，從而達(dá)到使下游河道減淤或沖刷的目的。關(guān)鍵詞：空間尺度黃河調(diào)水調(diào)沙黃河下游河道之所以發(fā)生嚴(yán)重淤積，主要是因?yàn)檫M(jìn)入下游河道的天然水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)。所謂調(diào)水調(diào)沙，就是按照黃河下游河道沖淤規(guī)律，通過人工干預(yù)把進(jìn)入黃河下游河道的不協(xié)調(diào)的水沙關(guān)系塑造為相協(xié)調(diào)的水沙關(guān)系，從而達(dá)到使下游河道減淤或沖刷的目的。何為協(xié)調(diào)的水沙關(guān)系呢？分析年進(jìn)入黃河下游河道的場(chǎng)實(shí)測(cè)洪水資料，發(fā)現(xiàn)使下游河道不淤積的水沙關(guān)系為：（）式中，為花園口站含沙量，單位為公斤每立方米；為花園口站流量，單位為立方米每秒，立方米；為細(xì)沙占全沙比例，范圍為。按實(shí)施的途徑不同，黃河調(diào)水調(diào)沙可分為兩種類型，一種是基于小浪底水庫單庫運(yùn)行的調(diào)水調(diào)沙方式，另一種就是本文將要詳述的基于空間尺度的調(diào)水調(diào)沙方式。一、基于小浪底水庫單庫運(yùn)行的黃河調(diào)水調(diào)沙過去研究黃河調(diào)水調(diào)沙，是基于小浪底水庫單庫運(yùn)行的水沙調(diào)節(jié)，如年月日至日進(jìn)行的黃河首次調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)。這種調(diào)水調(diào)沙方式是根據(jù)黃河下游河道輸沙能力，充分發(fā)揮水庫自身的調(diào)節(jié)功能，利用調(diào)節(jié)庫容適時(shí)蓄存或泄放水沙，將天然的入庫水沙過程調(diào)整為協(xié)調(diào)的出庫水沙過程。在年月開展的黃河首次調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)中，伊洛河的黑石關(guān)站和沁河的武陟站流量均較小，小浪底花園口區(qū)間流量?jī)H有立方米，僅占花園口站流量的，花園口站的水沙基本上為小浪底出庫水沙演進(jìn)而來。由于小浪底顆粒泥沙（毫米）、粗顆粒泥沙（毫米）的排沙比分別為、，水沙演進(jìn)至花園口站時(shí)含沙均流量立方米每秒，若按公式（）計(jì)算，花園口站流量立方米每秒可攜帶這種二、基于空間尺度的黃河調(diào)水調(diào)沙利用小浪底水庫不同泄水孔洞組合塑造一定歷時(shí)和大小的流量、含沙量及泥沙顆粒級(jí)配過程，加載于小浪底水庫下游伊洛河、沁河的“清水”之上，并使其在花園口站準(zhǔn)確對(duì)接，形成花園口站協(xié)調(diào)的水沙關(guān)系，實(shí)現(xiàn)既排出小浪底水庫的淤積泥沙，又使小浪底花園口區(qū)間“清水”不空載運(yùn)行，同時(shí)使黃河下游河道不淤積的目標(biāo)。這就是基于空間尺度的黃河調(diào)水調(diào)沙。實(shí)施基于空間尺度的黃河調(diào)水調(diào)沙要重點(diǎn)解決三大關(guān)鍵問題，一是確定小浪底水庫不同泄水孔洞組合，二是小浪底花園口區(qū)間洪水、泥沙的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，三是準(zhǔn)確對(duì)接（黃河干流）小浪底、（伊洛河）黑石關(guān)、（沁河）武陟三站在花園口站的水沙過程。（一）小浪底水庫不同泄水孔洞的出流水沙特性小浪底水庫排泄水沙的孔洞有：條排沙洞，條孔板洞，條明流洞，條發(fā)電洞。其中，明流洞一般是清水，發(fā)電洞下泄水流含沙量較低，一般不超過公斤每立方米，排沙洞下泄水流含沙量較大，一般達(dá)公斤每立方米，控制這些泄水孔洞的不同組合可塑造不同流量和含沙量的水沙過程。（二）小浪底花園口區(qū)間洪水的水沙統(tǒng)計(jì)小浪底花園口區(qū)間的水沙主要來源于伊洛河和沁河，兩者均為“清水”河流。據(jù)年實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，沁河武陟站多年平均水量?jī)|立方米（汛期占），沙量?jī)|噸（汛期占），汛期平均含沙量?jī)H為公斤每立方米。伊洛河黑石關(guān)站多年平均水量?jī)|立方米（汛期占），沙量?jī)|噸（汛期占），汛期平均含沙量?jī)H為公斤每立方米。小浪底花園口區(qū)間的“清水”演進(jìn)至花園口站時(shí)水流能量明顯過剩，水流含沙量遠(yuǎn)小于其挾沙能力，致使黃河下游河道發(fā)生沖刷。根據(jù)年該區(qū)間發(fā)生超過立方米每秒（日平均流量）的洪水資料，分別統(tǒng)計(jì)沙偏多情況（）、水沙平衡情況（）和沙少水多情況（），結(jié)果是：演進(jìn)到花園口站沙偏多情況占，水沙平衡情況僅有，其余屬于沙少水多，為水流含沙量小于水流挾沙能力情況。進(jìn)一步分析年小浪底花園口區(qū)間的場(chǎng)次洪水，發(fā)現(xiàn)發(fā)生一定歷時(shí)的較大洪水共有次，其中次洪水的水流能量過剩，使黃河下游河道發(fā)生了沖刷。分析以上場(chǎng)小浪底花園口區(qū)間洪水的特點(diǎn)，該區(qū)間平均流量立方米每秒，平均含沙量公斤每立方米，平均歷時(shí)天，加上干流水沙演進(jìn)到花園口，花園口站平均流量立方米每秒，平均含沙量公斤每立方米，細(xì)沙占全沙比例為，屬于沙少水多情況，若按公式（）計(jì)算，花園口流量立方米每秒可攜帶這種泥沙（細(xì).此黃河下游河道發(fā)生了沖刷，平均沖刷了億噸。（三）準(zhǔn)確對(duì)接（黃河干流）小浪底、（伊洛河）黑石關(guān)、（沁河）武陟三站在花園口站的水沙過程根據(jù)小浪底花園口區(qū)間黃河干流、伊洛河、沁河的水沙演進(jìn)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)伊洛河黑石關(guān)站流量過程傳播至花園口站、沁河武陟站流量過程傳播至花園口站、小浪底花園口區(qū)間干流產(chǎn)生的洪水傳播至花園口站三部分洪水在花園口站的疊加，使之在花園口站形成一定歷時(shí)的水沙過程，其流量、含沙量、泥沙顆粒級(jí)配滿足下游河道輸沙要求。根據(jù)三門峽水庫泥沙淤積規(guī)律，水庫回水區(qū)域泥沙分選性落淤細(xì)泥沙沉積后，由于粘性的存在，形成“膠泥坎”，致使水庫降水沖刷時(shí)很難啟動(dòng)。為避免小浪底渾水水庫細(xì)泥沙在調(diào)控退水期落在河槽內(nèi)固結(jié)，造成下次洪水沖刷效率降低，同時(shí)考慮小浪底水庫調(diào)控初期出庫含沙量大的特點(diǎn)（壩前淤積面高程米），以及沙峰和洪峰的合理搭配，花園口含沙量過程的對(duì)接應(yīng)為前大后小。具體對(duì)接按輸沙量平衡原理并按公式（）進(jìn)行分析計(jì)算。（）（）（）式中，為要求的花園口站調(diào)控含沙量；為預(yù)報(bào)的小浪底花園口區(qū)間在花園口站的流量；為預(yù)報(bào)的小浪底花園口區(qū)間在花園口站的含沙量；為要求的小浪底水庫出庫流量；為計(jì)算的小浪底水庫出庫含沙量；根據(jù)公式（）求出，并按公式（）進(jìn)行修正。采用（）式中，為實(shí)測(cè)小浪底花園口區(qū)間沖刷量與小浪底出庫沙量之比；采用為最終采用的小浪底水庫出庫含沙量，并據(jù)此調(diào)控小