【摘 要】
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泥沙淤积向来都是影响水库平稳运行的关键因素。在水库建成后,库区内水深增大、水面坡度减缓、流速减小、水流输沙能力减弱,导致大量泥沙在库内落淤。而当较多泥沙在库区内沉积后,将会降低水库的有效库容,影响水库的正常运行,抑制水库综合效益的发挥。本文以福建省的华安水库为例进行研究,是因该水库缺少建坝初期的地形资料和部分水文数据,所以需要考虑推算其原始河道地形并补全其缺失的水文数据,具有较大的研究价值。先基于
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泥沙淤积向来都是影响水库平稳运行的关键因素。在水库建成后,库区内水深增大、水面坡度减缓、流速减小、水流输沙能力减弱,导致大量泥沙在库内落淤。而当较多泥沙在库区内沉积后,将会降低水库的有效库容,影响水库的正常运行,抑制水库综合效益的发挥。本文以福建省的华安水库为例进行研究,是因该水库缺少建坝初期的地形资料和部分水文数据,所以需要考虑推算其原始河道地形并补全其缺失的水文数据,具有较大的研究价值。先基于钻探资料与流域内的DEM数据,初步推算出库区的原始地形,后再对入库泥沙的输移和冲淤过程分别进行一维与二维条件下的水沙模拟计算。通过一维与二维模型模拟结果的相互验证与对比推算出的原始地形数据,证明模型的合理性,分析结果得到泥沙在库区的淤积状态及分布规律,以期为华安水库的合理运行及安全管理提供理论依据。本文主要的研究内容及成果如下:(1)针对华安库区的泥沙淤积特性与淤积形态进行研究。通过地质钻探对采集到的河床泥沙样本进行土工实验,得到库区内淤积泥沙的物理特性与沉积规律。根据各钻探断面地质剖面图中的卵石层高程线(原始地形高程线),再借助上游流域的DEM(Digital Elevation Model)数据拟合得到水面线高程,推算出库区内各点的原始地形高程,进而计算得出华安原始河道在库区内的平均坡度为万分之八点八。绘制华安水库纵剖面变化图,从图中可看出库区河道沿程泥沙淤积分布较为均匀,因此判断其泥沙淤积形态为带状淤积。(2)研究一维条件下华安库区的泥沙淤积形态,并对华安水库运行至今的入库泥沙总量进行模拟计算。采用ARIMA(Autoregressive Integrated Moving Average)模型外推出缺失年份的水文流量资料,并基于推算得到的库区原始地形数据对该水库长系列年的运行过程进行一维水沙模拟。首先通过将计算原库容与设计原库容进行比对,验证了原始地形中断面参数设置的合理性,而后对模拟结果进行分析得出以下结论:库区内泥沙的沿程分布规律与依据钻探资料和DEM数据推算得出的结果一致,华安库区呈现窄长的带状淤积,泥沙在坝前区域沉积较多,最大淤积厚度为1.15m;自建库起至今40年间库区内的泥沙淤积总量为78万m~3。(3)研究二维条件下库区床形的冲淤变化,分析水库淤积断面的横向分布规律。通过输沙率法估算出华安库区内的造床流量,对华安水库库区泥沙的冲淤变化与库区断面形态进行二维水沙模拟,并采用DEM体积计算法对二维水沙模拟结果进行计算,得到不同水位下的现有库容,以校核库容曲线。结果表明:模拟断面地形与实测断面数据吻合较好;在库区河道的弯道位置与开阔河段的河道主槽处有较多的泥沙落淤;水库正常蓄水位对应库容为443.7万m~3,泥沙淤积量则为76.3万m~3。
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