河床演變學(xué)-水庫淤積及其防治

1第十一章水庫淤積及其防治第一節(jié)水庫淤積的現(xiàn)象和規(guī)律①、三角洲淤積形態(tài)②、帶狀淤積形態(tài)③、錐體淤積形態(tài)一、水庫淤積形態(tài)㈠、淤積縱剖面形態(tài)基本類型：2第一節(jié)水庫淤積的現(xiàn)象和規(guī)律一、水庫淤積形態(tài)㈠、淤積縱剖面形態(tài)三角洲淤積區(qū)分為五段：①尾部段；②頂坡段；③前坡段；④異重流淤積段；⑤壩前淤積段。1、三角洲淤積形成條件：庫容大，來沙粒徑粗，庫水位變幅小，庫區(qū)地形開闊（如湖泊型水庫）的水庫中。3第一節(jié)水庫淤積的現(xiàn)象和規(guī)律一、水庫淤積形態(tài)㈠、淤積縱剖面形態(tài)1、三角洲淤積挾沙水流處于超飽和狀態(tài)，水流對泥沙的分選作用明顯，淤積物主要是推移質(zhì)和懸移質(zhì)中較粗部分的泥沙。①、三角洲尾部段的特點4第一節(jié)水庫淤積的現(xiàn)象和規(guī)律一、水庫淤積形態(tài)㈠、淤積縱剖面形態(tài)1、三角洲淤積挾沙水流已趨于飽和，頂坡段坡面與水面線接近平行，水流接近于均勻流。頂坡上床沙組成沿程變化不大，無明顯的床沙沿程細(xì)化現(xiàn)象。②、三角洲頂坡段的主要特點5第一節(jié)水庫淤積的現(xiàn)象和規(guī)律一、水庫淤積形態(tài)㈠、淤積縱剖面形態(tài)1、三角洲淤積水深陡增，流速劇減，挾沙力大大減小，水流再次處于超飽和狀態(tài)。大量細(xì)顆粒泥沙在此淤積。淤積物組成沿程變化較大，再一次出現(xiàn)明顯的分選作用，床沙沿程細(xì)化。③、前坡段特點6第一節(jié)水庫淤積的現(xiàn)象和規(guī)律一、水庫淤積形態(tài)㈠、淤積縱剖面形態(tài)1、三角洲淤積淤積泥沙粒徑組成較細(xì)，粒徑沿程幾無變化，基本上不存在分選作用。淤積物分布比較均勻，其淤積縱剖面大致與庫底平行。④、異重流淤積段的特點7第一節(jié)水庫淤積的現(xiàn)象和規(guī)律一、水庫淤積形態(tài)㈠、淤積縱剖面形態(tài)1、三角洲淤積落淤的泥沙全為細(xì)顆粒泥沙，淤積物表面往往接近水平。⑤、壩前淤積段特點8第一節(jié)水庫淤積的現(xiàn)象和規(guī)律一、水庫淤積形態(tài)㈠、淤積縱剖面形態(tài)水庫淤積特點：淤積物自壩前一直分布到正常高水位的回水末端，呈均勻的帶狀淤積形態(tài)。圖11-2豐滿水庫淤積縱剖面1－原平均河底高程；2－淤積后平均河底高程2、帶狀淤積9第一節(jié)水庫淤積的現(xiàn)象和規(guī)律一、水庫淤積形態(tài)㈠、淤積縱剖面形態(tài)圖11-2豐滿水庫淤積縱剖面1－原平均河底高程；2－淤積后平均河底高程2、帶狀淤積帶狀淤積可分為三段：①變動回水區(qū)；②常年回水區(qū)行水段；③常年回水區(qū)靜水段。形成條件：含沙量小，粒徑細(xì)，庫水位變幅大。這種淤積形態(tài)一般出現(xiàn)在河道型水庫中。10第一節(jié)水庫淤積的現(xiàn)象和規(guī)律一、水庫淤積形態(tài)㈠、淤積縱剖面形態(tài)2、帶狀淤積①、變動回水區(qū)主要特點淤積泥沙較粗，分布比較均勻。11第一節(jié)水庫淤積的現(xiàn)象和規(guī)律一、水庫淤積形態(tài)㈠、淤積縱剖面形態(tài)2、帶狀淤積淤積物細(xì)，淤積范圍長，分布也較均勻。②、常年回水區(qū)行水段主要特點12第一節(jié)水庫淤積的現(xiàn)象和規(guī)律一、水庫淤積形態(tài)㈠、淤積縱剖面形態(tài)2、帶狀淤積淤積物為極細(xì)顆粒泥沙，淤積分布極為均勻。③、常年回水區(qū)靜水段主要特點13第一節(jié)水庫淤積的現(xiàn)象和規(guī)律一、水庫淤積形態(tài)㈠、淤積縱剖面形態(tài)水庫淤積特點：壩前淤積多，淤積呈錐體狀；先在壩前淤積，后向上游發(fā)展。3、錐體淤積圖11-3陜西黑松林水庫淤積縱剖面1－原河床；2－淤積后槽河床；3－淤積后灘面14第一節(jié)水庫淤積的現(xiàn)象和規(guī)律一、水庫淤積形態(tài)㈠、淤積縱剖面形態(tài)3、錐體淤積圖11-3陜西黑松林水庫淤積縱剖面1－原河床；2－淤積后槽河床；3－淤積后灘面形成條件：水庫回水段短、底坡陡、壩身低，進(jìn)庫沙量大是形成錐體淤積的主要條件。其次異重流淤積也是重要原因之一。15第一節(jié)水庫淤積的現(xiàn)象和規(guī)律一、水庫淤積形態(tài)㈠、淤積縱剖面形態(tài)4、影響水庫縱剖面淤積形態(tài)的主要因素①、入庫水沙特性②、水庫壅水程度及壩前水位變幅③、水庫庫容及庫區(qū)形態(tài)④、水庫運用方式等5、水庫縱剖面淤積形態(tài)的判別式16第一節(jié)水庫淤積的現(xiàn)象和規(guī)律一、水庫淤積形態(tài)①、淤積面水平抬升㈡、淤積橫斷面形態(tài)1、淤積的橫向分布②、沿濕周等厚淤積③、淤槽為主④、淤灘為主17第一節(jié)水庫淤積的現(xiàn)象和規(guī)律一、水庫淤積形態(tài)㈡、淤積橫斷面形態(tài)2、淤積后沖刷形態(tài)“淤積一大片，沖刷一條線”：庫水位較高時，只要水到之處無論灘槽都發(fā)生淤積，淤積在全斷面發(fā)生，大片平淤的結(jié)果使灘槽形態(tài)不甚分明；庫水位較低時，水庫挾沙能力較強，又會在庫區(qū)沖出一條深槽，使灘槽更加分明，形成“沖刷一條線”。18第一節(jié)水庫淤積的現(xiàn)象和規(guī)律一、水庫淤積形態(tài)㈡、淤積橫斷面形態(tài)2、淤積后沖刷形態(tài)“死灘活槽”庫區(qū)灘地一般只淤不沖，而主槽則有沖有淤。亦即淤積在灘地上的泥沙絕大部分不能排走，因而灘面逐年淤高，形成“死灘”。而主槽雖然在庫水位高時淤積，但水位較低時或泄空時，淤積在主槽內(nèi)的泥沙則大部分被沖走。從多年平均看，總能出現(xiàn)一條相對穩(wěn)定的“活槽”。19第一節(jié)水庫淤積的現(xiàn)象和規(guī)律一、水庫淤積形態(tài)㈡、淤積橫斷面形態(tài)2、淤積后沖刷形態(tài)“淤積一大片，沖刷一條線”、“死灘活槽”說明：灘地庫容一旦損失是不容易恢復(fù)的，而主槽所損失的庫容則可以在采用合理的運用方式的條件下得到恢復(fù)。因此，在水庫的管理運用上要盡量保持水庫的有效庫容。即一方面盡可能保持灘地庫容，這就要求汛期進(jìn)庫水流含沙量高時，合理確定壩前水位，盡量使水流不漫灘，減少灘地淤積。另外，盡可能采用蓄清排渾運用方式，使水庫有泄空沖刷的條件。同時也可采取降低底孔位置等方法以增大泄流能力，力求使主槽沖刷時能沖得深、拉得寬，確保一定的主槽庫容。20第一節(jié)水庫淤積的現(xiàn)象和規(guī)律淤積物中值粒徑自上而下沿程細(xì)化，但這種細(xì)化過程并不是逐漸完成的，往往是集中在某些區(qū)段中。比如三角洲淤積形態(tài)的水庫中，泥沙細(xì)化主要集中在三角洲尾部段和三角洲前坡段。二、水庫淤積物的組成㈠、懸移質(zhì)淤積1、水庫懸移質(zhì)淤積物組成的基本特點21第一節(jié)水庫淤積的現(xiàn)象和規(guī)律二、水庫淤積物的組成㈠、懸移質(zhì)淤積a、對于灘槽分明的變動回水區(qū)，一般是主槽較粗，灘地較細(xì)。對于灘槽不太分明的常年回水區(qū)，主槽和灘地淤積物都比較細(xì)，無明顯差異。2、水庫淤沙粒徑在平面上的分布特點22二、水庫淤積物的組成㈠、懸移質(zhì)淤積2、水庫淤沙粒徑在平面上的分布特點b、無論是主槽還是灘地，一般都是水深處淤沙較細(xì)，水淺處較粗；靜水處淤沙較細(xì)，動水處較粗；淤沙厚的部位粒徑較細(xì)，反之較粗。23二、水庫淤積物的組成在水庫中，推移質(zhì)的淤積量一般很少，一般僅出現(xiàn)在變動回水區(qū)的上中段，其淤積物沿程也是逐漸細(xì)化的，自上而下依次出現(xiàn)卵石淤積、沙卵石淤積，礫石及粗、中、細(xì)沙淤積。㈡、推移質(zhì)淤積㈢、淤積物干容重（干密度）24三、水庫淤積上延現(xiàn)象——水庫“翹尾巴”現(xiàn)象淤積自正常蓄水位回水末端向上游發(fā)展的現(xiàn)象，稱為水庫淤積上延現(xiàn)象，俗稱“翹尾巴”現(xiàn)象。1、水庫淤積上延現(xiàn)象的概念25三、水庫淤積上延現(xiàn)象——水庫“翹尾巴”現(xiàn)象汛期運用水位與原河床縱剖面的交點，作為回水末端初始淤積起點，如淤積發(fā)展到這一點的上游，則水庫淤積出現(xiàn)了翹尾巴現(xiàn)象。翹尾巴長度2、翹尾巴現(xiàn)象的判斷①、定性判斷翹尾巴高度26三、水庫淤積上延現(xiàn)象——水庫“翹尾巴”現(xiàn)象2、翹尾巴現(xiàn)象的判斷②、翹尾巴現(xiàn)象的定量判別式

或

（11-8）27三、水庫淤積上延現(xiàn)象——水庫“翹尾巴”現(xiàn)象2、翹尾巴現(xiàn)象的判斷③、判別式的推導(dǎo)

（11-5）（11-4）（11-3）28三、水庫淤積上延現(xiàn)象——水庫“翹尾巴”現(xiàn)象2、翹尾巴現(xiàn)象的判斷③、判別式的推導(dǎo)（11-3）29三、水庫淤積上延現(xiàn)象——水庫“翹尾巴”現(xiàn)象2、翹尾巴現(xiàn)象的判斷③、判別式的推導(dǎo)（11-6）（11-7）30三、水庫淤積上延現(xiàn)象——水庫“翹尾巴”現(xiàn)象2、翹尾巴現(xiàn)象的判斷③、判別式的推導(dǎo)（11-7）

或產(chǎn)生翹尾巴的臨界條件應(yīng)為（11-8）常為小于1的正值

31三、水庫淤積上延現(xiàn)象——水庫“翹尾巴”現(xiàn)象（11-7）

3、翹尾巴現(xiàn)象的討論①、在給定相對水深的條件下，翹尾巴相對長度與相對高度隨相對比降的增大而增大；在給定相對比降的條件下，翹尾巴相對長度與相對高度隨相對水深的增大而減小。32三、水庫淤積上延現(xiàn)象——水庫“翹尾巴”現(xiàn)象（11-7）

3、翹尾巴現(xiàn)象的討論②、相應(yīng)于原河床比降甚大，而新平衡比降甚小。這可能在下述情況下出現(xiàn)，即原河床組成為基巖，推移質(zhì)及懸移質(zhì)均處于次飽和狀態(tài)，而淤積達(dá)到平衡時的床沙組成則為懸移質(zhì)淤積物。這種情況有利于使值甚小，從而使翹尾巴的相對長度和相對高度甚小。33三、水庫淤積上延現(xiàn)象——水庫“翹尾巴”現(xiàn)象（11-7）

3、翹尾巴現(xiàn)象的討論②、相應(yīng)于原河床比降較小，而新平衡比降與之接近。這可能在兩種情況下出現(xiàn)，一種是原河床組成為粗顆粒卵石，而淤積達(dá)到平衡時床沙組成仍為同樣的粗顆粒卵石，懸移質(zhì)在建庫前后均處于次飽和狀態(tài)；另一種是原河床組成為懸移質(zhì)，而淤積達(dá)到平衡時的床沙組成仍為同樣的懸移質(zhì)。這兩種情況均有利于使值趨向1，從而使翹尾巴的相對長度和相對高度趨向無窮大。34三、水庫淤積上延現(xiàn)象——水庫“翹尾巴”現(xiàn)象（11-7）

3、翹尾巴現(xiàn)象的討論，則相應(yīng)于水庫不發(fā)生淤積，自然不存在翹尾巴現(xiàn)象；③、相應(yīng)于水庫雍水程度無限高，此時相對水深值可從式（11-7）中剔除，即相對水深對翹尾巴的影響可忽略不計，當(dāng)為定值時，翹尾巴相對較遠(yuǎn)；35三、水庫淤積上延現(xiàn)象——水庫“翹尾巴”現(xiàn)象（11-7）

3、翹尾巴現(xiàn)象的討論另外，還可看出，無論是多沙河流或少沙河流，只要淤積后的河床組成與原河床組成接近相等，則接近于，方程式右側(cè)分母趨向于零，翹尾巴相對長度和相對高度理論上趨向于無窮大，翹尾巴現(xiàn)象將十分嚴(yán)重。④、分析式（11-7）可明顯看出，多沙河流的翹尾巴現(xiàn)象一般比少沙河流嚴(yán)重。這是因為在其他條件相同情況下，多沙河流的平衡比降要大得多的緣故，36三、水庫淤積上延現(xiàn)象——水庫“翹尾巴”現(xiàn)象（11-7）3、翹尾巴現(xiàn)象的討論三門峽水庫修建后，回水末端以上的黃河北干流和渭河翹尾巴比較嚴(yán)重，一個原因是水庫雍水較高，更重要的原因是水庫淤積物組成與原河床組成比較接近，因而淤積比降與原河床比降比較接近。37三、水庫淤積上延現(xiàn)象——水庫“翹尾巴”現(xiàn)象4、翹尾巴的最大淤積厚度（11-9）（11-7）（11-6）（11-10）384、錐體淤積特點及形成條件如何？1、水庫淤積縱剖面形態(tài)可分為哪幾種基本類型？水庫中三角洲淤積的形成條件是什么？2、根據(jù)水庫淤積縱剖面形態(tài)及床沙粒徑沿程變化特點，可將三角洲淤積區(qū)分為哪幾段？簡述各段的主要主要特點。3、帶狀淤積的特點、形成條件如何？根據(jù)水庫運行情況和水流泥沙運行特點，帶狀淤積可分為哪幾段？6、解釋水庫“翹尾巴”現(xiàn)象。由翹尾巴相對長度和相對高度與相對比降和相對水深的關(guān)系式（11-7），說明為什么三門峽水庫修建后，回水末端以上的黃河北干流和渭河翹尾巴比較嚴(yán)重，你認(rèn)為可采取什么措施來減輕黃河北干流和渭河的翹尾巴現(xiàn)象，從而達(dá)到降低潼關(guān)高程的目的。5、解釋水庫“淤積一大片，沖刷一條帶”和“死灘活槽”的沖淤規(guī)律。水庫的上述沖淤規(guī)律對水庫運用管理有何有益的啟示？思考題39第三章作業(yè)題1、從理論上推導(dǎo)均衡河流河相關(guān)系的方法如何？如何補充第四個約束條件？2、在一條河流上，下游測站A的平灘流量是上游測站B處平灘流量的4倍，試估算測站A處平灘流量下的水面寬比測站B處大多少？（提示：利用Leopold河寬與流量關(guān)系求解）3、推求Leopold沿程河相關(guān)系中系數(shù)和指數(shù)的約束關(guān)系。40第四章作業(yè)題1、令B1、h1為淺灘整治前整治水位時的寬度和平均水深；B2、h2為淺灘整治后整治水位時的寬度和平均水深。分別從懸移質(zhì)和推移質(zhì)造床考慮，利用水沙平衡原理，推導(dǎo)整治線寬度的表達(dá)式。2、有一淺灘河段，因航深不夠，需要進(jìn)行整治，已知在設(shè)計流量Q時，未整治前河道寬度、平均水深分別為B1、h1，現(xiàn)采用縮窄河寬的辦法，使其平均水深增大為h2，設(shè)該河段以推移質(zhì)運動為主，并得推移質(zhì)輸沙率（式中試從整治前后輸沙能力不變的條件出發(fā)，推求整治寬度B2的表達(dá)式。），41

3、一分汊河道如圖，左汊過水?dāng)嗝婷娣e為，平均水深為，糙率為，自分流點A到匯流點B的長為是左汊的兩倍，平均水深為左汊的兩倍，糙率與左汊相等，A至B的長度為左汊的1.44倍。假定進(jìn)入兩汊的床沙質(zhì)粒配基本一致，且兩汊基本上處于輸沙平衡狀態(tài)，求：①、左、右兩汊分流量的比值；②、左、右兩汊的床沙質(zhì)輸沙率比。（水流挾沙力。右汊的過水?dāng)嗝婷娣e）424、有一河道，為了減輕其防洪負(fù)擔(dān)，并為了解決鄰近地區(qū)通航和用水問題，在其右岸開挖一條引河，分走其流量的1/4，設(shè)河道分流前流量Q0，河寬為B0，平均