三峡水库淤积特征对上游水位响应机制的研究

摘要

三峡工程可行性研究中，一维泥沙数学模型在库区泥沙淤积研究方面起着非常重要的作用。该数学模型为动床模型试验提供了部分或全部边界条件，能对各种水位方案中库区（包括变动回水区）的冲淤及下游的河床下切进行预报，并为蓄水后河道内修建的涉河工程提供设计依据。目前三峡库区出现不连续的泥沙淤现象，这与一维泥沙数学模型预测淤积相比有较大的不同，因此有必要对库区不同的泥沙淤积形式对水位的影响有一个更清晰的认识。
　　通过宽窄相间河道、近岸回流区河道和深潭河道概化模型试验，研究不同的断面特征对河道水流特性的影响，结果表明在上下游的影响方面，深潭河道模型和近岸回流区河道模型对上下游的垂向和横向流速分布没有影响;而宽窄相间河道模型对上下游垂向和横向流速分布影响相对较大。在方案处流速分布的影响方面，近岸回流区河道模型对方案处主流区断面流速分布基本没有影响，其边侧会呈现一个封闭的回流区，其他两种模型对方案处流速分布有较大影响。
　　根据动能修正系数的定义、垂线流速分布公式和横向流速分布公式，得到在均匀流情况下的动能修正系数计算公式，其影响因子有摩阻流速u*、水深H、横向流速分布参数c。运用试验资料，并结合均匀流态的动能修正系数公式，分析推导本文模型动能修正系数公式，得到其因子除均匀流影响因子外，还与断面面积变化率A/A0、距离面积变化的距离L和水位H有关。
　　通过伯努利方程编制水面曲线的计算方法，计算三种模型情况下淤积影响上游水位变化的一些规律，得到当宽窄相间河道下游发生淤积时，经过峡谷段水位会有所抬升;当淤积在深潭时，对上游水位基本没有影响;当淤积在近岸回流区时，对上游水位基本没有影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 动能修正系数α研究的现状

1．2．2 淤积与水位的关系研究现状

1．2．3 存在主要的问题

1．3 本文研究的主要内容及技术路线

第二章 试验布置

2．1 试验整体设计

2．2 28m水槽试验布置

2．3 45m水槽试验布置

2．4 试验的控制与测量

2．5 试验系统稳定性检验

第三章 河道断面形状与淤积形态对水流条件的影响分析

3．1 顺直段流速分布特性分析

3．1．1 水槽内顺直河段的流速分布特性分析

3．1．2 均匀流试验流速特性分析

3．2 宽窄相间河段流速特性分析

3．2．1 收缩段前宽窄变化对流速的影响分析

3．2．2 收缩段流速特性分析

3．3 深潭淤积对流速分布的影响分析

3．3．1 深潭主流区流速特性分析

3．3．2 深潭处流速特性分析

3．4 近岸回流区淤积对流速分布的影响

3．4．1 近岸回流区对主流区流影响性分析

3．4．2 扩大段流速特性分析

3．5 小结

第四章 河道断面型式与淤积形态对动能修正系数的研究

4．1 动能修正系数公式的理论分析推导

4．2 边界条件变化对动能修正系数的影响

4．2．1 宽窄相间河段对动能修正系数的影响

4．2．2 存在近岸缓流区对动能修正系数的影响

4．3 结论

第五章 动能修正系数在河道水面线计算中的应用研究

5．1 一维水面线计算方法

5．2 宽窄相间河道水面线计算

5．3 近岸回流区河道水面线计算

5．4 深潭河道水面线计算

5．5 小结

第六章 结论及展望

6．1 结论

6．2 进一步展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及参与科研情况