工程泥沙问题(河流动力学)

河流动力学

河床显著粗化

枢纽下游河道的冲刷， 将引起河床的粗化。河 床粗化过程因原河床组 成的不同而不同，


河床为卵石夹沙时，粗化 过程非常迅速 河床为细沙组成时，其粗 化是在冲刷过程中因悬沙 和床沙的交换而完成的。 因此，粗化发展没那么迅 速，但河床逐年变粗的趋 势仍很明显
河流动力学

断面形态及纵比降的调整


就断面形态而言，视河床组成的不同，冲刷 发展过程存在着下切、展宽、下切与展宽同 时进行等三种情况 在河道断面形态调整的同时，纵比降也相应 进行调整。在一般情况下，只要河床为可冲 刷的沙质组成，其纵比降将逐渐变缓，这是 因为冲刷是自上而下发展的，且上游冲得深， 下游冲得浅的缘故。只有当下游河段的河床 表层为沙层，而底层为比降较陡的卵石层时， 才可能出现相反的情况

这类受人类活动影响而发生的河床变形及 有别于自然情况下的泥沙问题，称为工程 泥沙问题
河流动力学
水库泥沙的淤积及防治
河流动力学
水库淤积的现象和规律

水库淤积形态

淤积纵剖面形态

三角洲淤积

这类淤积形态的形成条件是：库容大、来沙粒径粗、库水位 变幅小、库区地形开阔(如湖泊型水库)。官厅水库是最典型的 三角洲淤积 多出现在河道型水库中，丰满水库是典型的带状淤积 淤积物自坝前一直分布到正常高水位的回水末端，呈均匀的 带状淤积形态 在多沙河流上修建的小型水库，普遍存在锥体淤积形态 特点是：泥沙淤积很快发展到坝前，形成淤积锥体

带状淤积


锥体淤积

河流动力学
河流动力学

水库壅水段短、底坡陡、坝身低、进库沙量大是 形成锥体淤积的主要条件

因为底坡大、坝身低，故水库流速大，能将大量泥沙 挟带到坝前淤积，加之入库含沙量高，使坝前淤积的 厚度大、速度快 因为水库壅水段短、底坡大，异重流极易运行到坝前， 井很快变为浑水水库，异重流随之消失，所挟带的泥 沙便在坝前大量堆积


水库淤沙粒径在平面上的分布特点，一般是主槽较粗， 滩地较细 一般都是水深处淤沙较细，水浅处淤沙较粗；静水处淤 沙较细，动水处淤沙较粗；淤沙厚的部位粒径较细，反 之较组
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水库淤积的上延现象

当水流进入水库变动回水区后，内于水流条 件的变化，水深增大，流速骤减，使泥沙集 中在变动回水区末端落淤，而淤积的结果又 反作用于水流结构，使回水区水面曲线在淤 积区及其上、下游一定范围内普遍抬高，为 泥沙继续在变动回水区淤积并向上、下游发 展提供了条件。这种淤积自变动回水区末端 (通常指正常苦水位的回水末端)向上游发展的 现象，称为水库“翘尾巴”现象
河流动力学
水库淤积估算
河流动力学
水库泥沙的防治


积几十年解决水库淤积问题的实践经验， 不外“拦“(上游拦截，就地处理)、 “排”(水库排沙．保持库容)、“清”(清 除淤沙，恢复库容)等三种基本途径 水库泥沙的拦截与合理利用

拦泥库或拦沙堰 子母水库 旁引水库
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水力排沙

水力排沙包括将进入水库的泥沙尽可能多地排 走和将前期淤积的泥沙尽可能多地冲走两方面 机械清淤 水库横向冲蚀技术
下游河床的一般冲刷现象

河床自上而下普遍冲刷



在枢纽下泄清水的条件下，下游河床将发生自上而下 的普遍冲刷；当水库淤满后下泄浑水时，将发生自上 而下的普遍回淤。这是枢纽下游河床演变的普遍现象 枢纽下游河道的一般冲刷是自上而下逐渐发展的，距 坝愈近冲刷强度愈大，反之愈小 坝下游河床一般冲刷的距离和速度与枢纽下泄流量的 大小及下游河床组成有关

下泄流量大，冲刷能力强，冲刷距离长；卵石夹沙河床，其冲 刷发展十分迅速；细沙组成的河床，其开始阶段的冲刷过程也 十分迅速．以后逐渐变慢，直至达到起动平衡为止
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含沙量显著降低

水库蓄水后，下游河道的含沙量明显降低 造成合沙量显著变小的原因，除枢纽因蓄水使出库含 沙量显著减小外，还与下游河道的沿途补给条件和水 流挟沙力的变化有关

其次，异重流淤积也是重要原因之一


影响水库纵剖面淤积形态的主要因素有：入库水 沙特性、水库壅水程度及坝前水位变幅、水库库 容及库区形态等
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淤积横断而形态

淤积的横向分布

当水库发生单向淤积时，由于入库水沙条件及边界条件的不同， 形成以下四种较普遍的横向淤积形态，即淤积面呈水平抬高；沿 湿周等厚淤积；淤槽为主和淤滩为主

淤积后的冲刷形态


水库在水位消落期或汛期泄洪排沙时，先期淤积物将受到某种程 度的冲刷，完成库区河床的再造床过程 上述淤积和冲刷造床过程的综合结果，使库区横断面形态变化表 现出“死滩活槽”的规律，即滩地单向淤积，滩面逐年抬高，而 主槽则是冲淤交替，在运用方式合理的前提下，被淤废的主槽可 以复活。恢复一部分槽库容，从而延长了水库的使用寿命
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河型转化

通常比较稳定的蜿蜒型河段和分汊型河段将会 变得更加稳定；游荡型河段则有可能转化为其 它比较稳定的河型
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引航道的泥沙淤积现象
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水利枢纽下游的泥沙问题
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发生两种不同类型的冲刷

枢纽下游较长河段上普遍发生的一般冲刷 枢纽下游附近较短河段内发生的局部冲刷 前者的冲刷距离往往长达数十千米至数百千米， 后者的冲刷距离仅数十米至数百米，但其冲刷深 度较前者大很多
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清淤技术

横向冲蚀是依靠重力侵蚀及水力冲刷作用，对水库 中的滩地淤积进行破离和输移的一种清淤新技术
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低水头枢纽的泥沙问题
河，即水库正常运用 水位较低，汛期为了排泄泥沙，降低水位运用， 以减少水库淤积量
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船闸引航道的泥沙问题

低水头综合运用水利枢纽，往往设有通航建筑 物(如船闸、升船机或滑道等)，以满足航运之 需要。在通航建筑物的上、下游，通过引航道 与枢纽上、下游航道衔接
河流动力学
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水库淤积物的组成

水库悬移质淤积物组成的基本特点是：淤积物中值粒径 自上而下沿程细化，但这种细化过程并不是逐渐完成的， 而是集中在两个主要区段


第一个细化区约出现在从回水末端至坝身之间60%~80%相对里 程处，在该区中值粒径明显细化 第二个细化区，对某些水库已不复存在，有些水库虽依然存在， 但细化幅度很小