2.4水庫泥沙防治-1泥沙淤積的成因危害與類型講解

項(xiàng)目二水庫控制運(yùn)用與庫岸管理任務(wù)2.4水庫泥沙防治主講：卜貴賢楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院教授

水利工程管理目錄1324泥沙淤積的成因危害與類型淤積沖刷泄洪排沙泄量的確定5異重流排沙計(jì)算淤積防治措施泥沙淤積的成因危害與類型01》影響河流輸沙量的三個(gè)方面因素：（1）氣候因素：氣溫、降雨（2）下墊面因素：流域地形、植被、土壤特性。地面坡度（1°-2°裸露的地面就有明顯的侵蝕現(xiàn)象）愈大，土壤流失愈嚴(yán)重。植被是防止地面侵蝕的積極因素。土壤特性，砂性土就易被沖刷。（3）人類活動(dòng)：耕作方式和制度，林木采伐栽植，建設(shè)與礦產(chǎn)活動(dòng)。幾組數(shù)據(jù)：長江下游段河流年懸移質(zhì)輸沙量為4.33億t，中游段砂礫石輸移量878萬t。黃河中游段經(jīng)黃土高原，每年1km2侵蝕量達(dá)3700t,是世界的27.6倍。黃河年輸沙量達(dá)16億t?！匪畮炷嗌秤俜e的成因

當(dāng)河流上修建水庫以后，泥沙隨水流進(jìn)入水庫，由于水流流態(tài)變化，泥沙將在庫內(nèi)沉積形成水庫淤積。水庫淤積的速度與河水中的含沙量、水庫的運(yùn)用方式、水庫的形態(tài)等因素有關(guān)。

1.1水庫泥沙淤積的成因均勻流態(tài)，即擋水壩不起壅水作用時(shí)，庫區(qū)內(nèi)的水面線與天然河道的水面線接近，這種流態(tài)稱為均勻流態(tài)。壅水流態(tài)：當(dāng)擋水建筑物產(chǎn)生呈壅水狀態(tài)而形成回水時(shí)，由回水末端到擋水壩前水深沿程增大，流速沿程減小，這種流態(tài)稱為壅水流態(tài)。1.1水庫泥沙淤積的成因庫區(qū)內(nèi)水流流態(tài)形式水庫泥沙淤積與入庫水流的流態(tài)及在庫內(nèi)的流程長短有所不同（1）均勻明流輸沙流態(tài)，均勻明流下的輸沙狀態(tài)與天然河道相同，稱為均勻明流輸沙流態(tài)。（2）壅水流態(tài)下的輸沙狀態(tài)：》壅水明流輸沙流態(tài)。含沙渾水進(jìn)入壅水段后，泥沙擴(kuò)散到水流的整個(gè)斷面，這種輸沙狀態(tài)即為壅水明流輸沙流態(tài)?！樊愔亓鬏斏沉鲬B(tài)。顆粒細(xì)含量大的含沙渾水，進(jìn)入壅水段后，潛入清水下面，不與清水混摻擴(kuò)散而沿庫底繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，這種水流稱為異重流。異重流下的輸沙流態(tài)稱為異重流輸沙。1.1水庫泥沙淤積的成因入庫輸沙流態(tài)（1）沿程淤積：在均勻明流輸沙流態(tài)下，挾帶超飽和的含沙量時(shí)，泥沙就會(huì)形成沿程淤積。而當(dāng)含沙量低于這一飽和含沙量時(shí)，且流速較大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生沿程沖刷。（2）壅水淤積：在壅水明流輸沙流態(tài)下沿程發(fā)生的淤積稱為壅水淤積。（3）異重流淤積：異重流流態(tài)下，沿程發(fā)生的淤積稱為異重流淤積。（4）渾水水庫淤積：當(dāng)異重流行至壩前而不能排出庫外時(shí)，則渾水將滯蓄在壩前清水下形成渾水水庫。在壅水明流輸沙流態(tài)情況下，如果水庫的下泄流量小于來水量，則水庫將繼續(xù)壅水，流速繼續(xù)減小，逐漸接近靜水狀態(tài)，此時(shí)未排出庫外的渾水在壩前滯蓄，也將形成渾水水庫。，在渾水水庫（有兩種形成方式）中，泥沙的淤積接近靜水沉降，這種淤積稱為渾水水庫淤積。1.1水庫泥沙淤積的成因入庫泥沙淤積類型（形成方式不同）縱向剖面淤積有三種形態(tài)，(1)三角洲淤積(2)帶狀淤積(3)錐體淤積1.2水庫泥沙淤積的形態(tài)三角洲淤積:泥沙淤積體的縱剖面呈三角形的淤積形態(tài)，稱為三角洲淤積。一般由回水末端至壩前呈三角狀，多發(fā)生于水位較穩(wěn)定，常期處于高水位運(yùn)行的水庫中。形成過程（案例）分為四段尾部段：挾沙水流處于超飽和狀態(tài)，推移質(zhì)與懸移質(zhì)中較粗的泥沙顆粒在該段落淤（呈現(xiàn)床沙沿程細(xì)化），使回水曲線抬高，回水末端上延又促使尾部段的淤積向上發(fā)展。頂坡段：經(jīng)過此段的水流加沙趨于飽和狀態(tài)，坡面與水面線接近平行，水利近似為均勻流，水流中的泥沙基本都可通過，頂坡的比降接近水庫的淤積平衡比降。三角洲淤積1.2水庫泥沙淤積的形態(tài)前坡段：此處水深陡增，流速沿程劇減，加沙力減弱，再次處于超飽和狀態(tài)，泥沙迅速淤積，顆粒分選明顯，三角洲向壩前推進(jìn)，河床沿程細(xì)化。壩前淤積段：水庫排水量小時(shí)，形成渾水水庫淤積，落淤顆粒細(xì)，淤積接近水平，淤積分布均勻，淤積剖面大致與庫底平行。（多發(fā)生于庫容較大，挾沙較粗，庫水位變幅小，庫區(qū)地形開闊）帶狀淤積:淤積物均勻地分布在回水范圍的庫段上。多發(fā)生于水庫水位呈周期性變化，變幅較大，使變動(dòng)回水區(qū)的范圍很長，而水庫來沙不多，顆粒較細(xì)，水流流速又較高的情況下。淤積形態(tài)：沿程分三段，變動(dòng)回水區(qū)段；常年回水區(qū)行水段；常年回水區(qū)靜水段。變動(dòng)回水區(qū)段：最高水位與最低水位回水末端的區(qū)段。隨著庫水位的升降變化，回水末端也隨之移動(dòng)變化，高水位淤積回水末端的較粗泥沙，被沖到低水位回水末端處淤積，形成均勻的帶狀淤積。水位周期行的變化，水流條件的變化，會(huì)形成粗細(xì)泥沙垂向交錯(cuò)的現(xiàn)象。庫水位降低時(shí)，會(huì)形成一定寬度的主槽。帶狀淤積1.2水庫泥沙淤積的形態(tài)常年回水區(qū)行水段：最低庫水位以下的回水段。水流有一定流速，沿程變化不大，隨庫水位周期變化，流速也周期性的升降，使得淤積均勻分布。淤積范圍長，泥沙顆粒為中細(xì)沙，淤積層薄。常年回水區(qū)靜水段：流速幾乎為零的壩前段。為懸移質(zhì)較細(xì)的淤積，分布很均勻，很薄。錐體淤積：自上游至下游壩前形成由薄到厚的淤積體，（淤積面接近水平為一條直線），形似錐體的淤積。形成條件：多發(fā)生于水庫水位較低，壅水段較短，進(jìn)庫含沙量高，底坡較大，水流流速較高的情況下。多沙河流上的小型水庫多為此種淤積形態(tài)。一些多沙大型水庫，少沙而坡降大的河庫也會(huì)出現(xiàn)。所有水庫淤積平衡后均為椎體淤積。形成過程：坡降大，水深小，流速就大，沙會(huì)被帶到壩前淤積；含沙量高，壩前淤積會(huì)很快；水庫小，異重流到壩前后，會(huì)很快摻混清水，異重流消失，形成渾水水庫，挾帶的泥沙便在壩前淤積。錐體淤積1.2水庫泥沙淤積的形態(tài)

影響淤積縱剖面形態(tài)的主要因素：來水來沙條件；水庫壅水程度、壩前水位變幅、庫容大小及庫區(qū)地形。來臨洪水，發(fā)生淤積會(huì)形成什么形態(tài)，可依據(jù)一些經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行判別。

（1）

ψ=SV/Q式中S-年平均含沙量，kg/m3;Q-年平均流量，m3/s;V-運(yùn)行水位下的庫容，m3.判別方法：》當(dāng)ψ>1時(shí)，若ΔH/H＜0.1,水庫淤積形態(tài)為三角洲淤積；》當(dāng)0.25<ψ<1時(shí)，若0.1<ΔH/H＜1,水庫淤積形態(tài)為帶狀淤積；》當(dāng)ψ<0.25時(shí)，若ΔH/H＞1,水庫淤積形態(tài)為錐體淤積；ΔH-汛期庫水位變幅，m;H-汛期壩前平均水深，m.1.2水庫泥沙淤積的形態(tài)淤積形態(tài)的判別（2)少沙河流水庫的判別式：φ=H/ΔH（Ws／W）1/2式中φ－水庫縱向淤積形態(tài)無因次判別數(shù)；ΔH-水庫歷年平均最大水位變幅，m;H-水庫歷年平均最大壩前水深，m;Ws-多年平均入庫懸移質(zhì)輸沙量，億m3;W-多年平均人庫徑流量，億m3.少沙河流水庫縱向淤積形態(tài)多為三角洲淤積和帶狀淤積兩種。若φ>0.04時(shí)為三角洲淤積；若φ<0.04時(shí)為帶狀淤積。1.2水庫泥沙淤積的形態(tài)淤積形態(tài)的判別（1）由于水庫淤積，庫容減小，水庫的調(diào)節(jié)能力也隨之減小，從而降低甚至喪失防洪能力。（2）加大了水庫的淹沒和浸沒