12 河床演变学(第十一章第二节、第三节)

U d ωmin = m 65 h
1/ 6
确定悬移质中冲泻质与床沙质
分界粒径的沉速； 分界粒径的沉速； b、由层流区泥沙沉速公式，确定分界粒径 dmin 、由层流区泥沙沉速公式，
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Vc 3、淤积年限估算 t c = R pj
⑵、 R 的确定方法： 0 的确定方法：
Rpj = R0 / 2
3、淤积年限估算 Vc tc = R pj ⑴ Rpj 的确定 ①、有实测资料的已建水库
（11-13） 11-13）
②、无实测资料或尚未建成的水库 Rpj = R0 / 2
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3、淤积年限估算 Vc tc = R pj
（11-13） 11-13）
Rpj = R0 / 2
⑵、 R 的确定方法： 0 的确定方法： ①、若水库未建成，可比较第一年入库及出库沙量确定， 若水库未建成，可比较第一年入库及出库沙量确定， 出库沙量可通过坝前水力因素计算。 出库沙量可通过坝前水力因素计算。
△
h －正常蓄水位下相应于造床流量时水库雍水高度
12

②、对水库极限状态进行略估的步骤 c、估算回水长度L 估算回水长度L
∆h L= J0 − Jc
淤积后
水面
Jc
原 河 道 水
正常蓄水位 淤 积后
面
1
河槽纵 剖面
原河 床
纵剖 面
Jc
hc
△
hc h A0 Bc
J0
J0
h0
正常蓄水位与原河床交点至坝身距离 最上游淤积点至坝身距离
③、若一开始，冲泻质泥沙就可以到达坝前，则应将冲泻 若一开始，冲泻质泥沙就可以到达坝前， 质泥沙直接计入年排沙总量之中。 质泥沙直接计入年排沙总量之中。 c、由 dmin 及悬移质来沙粒配曲线定出冲泻质占总沙量 、 的百分数η，将冲泻质全部计入年排沙总量中。 的百分数 ，将冲泻质全部计入年排沙总量中。
3
m
B = ζ h
（3-14） 14）
6
d、河度不变时极限状态的比降 Jc 、水深 h c （ 24） Q = UBh3-24）
U S = k （ 26） gh ω 3-26）
3 m
1 2 / 3 1/ 2 25） U = h J（3-25） n
B = ζ （3-14） 14） h
河槽纵 剖面
河
床
Jc
hc
△
hc h A0 Bc
纵
剖
面
J0
J0
h0
正常蓄水位与原河床交点至坝身距离
L0
Lc 水 库 淤 满 达 到 极 限 状 态 的 回 水 长 度L
最上游淤积点至坝身距离
h0 － 原 河 道 相 应 于 造 床 流 量 时 的 正 常 水 深 hc － 淤 积 后 相 应 于 造 床 流 量 时 的 水 深
5
一、水库淤积极限状态法 2、极限状态（终极状态）估算 极限状态（终极状态） c、推移质淤积为主时极限状态的比降 Jc 、水深 h c 和河宽 B 关系式 c （ 24） Q = UBh3-24）
1 2 / 3 1/ 2 25） U = h J （3-25） n
U S = k （ 26） gh ω 3-26）
R排＝ 1S*1Q1T1 +α2 S*2Q2T2 +K +αn S*nQnTn α K
R0＝ 来－ 排 R R
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Vc 3、淤积年限估算 t c = R pj
⑵、 R 的确定方法： 0 的确定方法：
Rpj = R0 / 2
③、若一开始，冲泻质泥沙就可以到达坝前，则应将冲泻 若一开始，冲泻质泥沙就可以到达坝前， 质泥沙直接计入年排沙总量之中。 质泥沙直接计入年排沙总量之中。 a、由经验公式 、
K hc = 0.1 0.6 g ζ
0.1 / m
Q 0.3 0.1 0.1 S ω
（3-35） 35）
g 0.73ζ 0.4 n2 S 0.73/ mω 0.73 Jc = 0.73 / m 0.2 Q K
（3-37） 37
4
Q 0.6 0.2 / m 0.1 S ω K0.1/ m Q0.3 h = 0.1 0.6 0.1 0.1 c S ω g ζ
△
J0 原 河道水 面 河床 纵剖 面
汛限水位与原河床交点至坝身距离 L0
J0 原
Jc
hc h A0 Bc
h0
Lc 水库淤满达到极限状态的回水长度L △h －汛限水位下相应于造床流量时水库雍水高度 h0 －原河道相应于造床流量时的正常水深 hc －淤积后相应于造床流量时的水深
最上游淤积点至坝身距离
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9
2、极限状态（终极状态）估算 极限状态（终极状态） ②、对水库极限状态进行略估的步骤 a、根据实测资料确定公式中的各项数据 床沙质与冲泻质的分界粒径，作为近似的考虑，可采用 床沙质与冲泻质的分界粒径，作为近似的考虑， 水库下游附近冲积性河道中床沙的d5作为入库泥沙组成 水库下游附近冲积性河道中床沙的d5作为入库泥沙组成 d5 中床沙质与冲泻质的分界粒径。 中床沙质与冲泻质的分界粒径。 入库床沙质沉速ω 可根据入库泥沙平均粒配曲线， 入库床沙质沉速ω，可根据入库泥沙平均粒配曲线，按 上述同样方法确定其床沙质部分的平均沉速。 上述同样方法确定其床沙质部分的平均沉速。
A0、A1、A2 KK 由坝址所在断面及其上游有关断面的实测水位～
面积关系曲线确定； An 则由 h c 、 B c 计算得到， An = hc Bc
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②、对水库极限状态进行略估的步骤 e、蓄清排浑或滞洪排沙运行水库极限状态的估算 、
淤积后 水面 J c
1 2 汛限水位 淤积后 河槽纵 剖面
m hc
K 0.2 / m ζ 0.8 Bc = g 0.2
（3-34） 34） （3-35） 35） （3-37） 37
g 0.73ζ 0.4 n 2 S 0.73 / mω 0.73 Jc = 0.73 / m 0.2 K Q
b、表达极限状态的比降、水深和河宽关系式的物理意义 表达极限状态的比降、 在给定流量Q的条件下，水流能将平均沉速为ω 在给定流量Q的条件下，水流能将平均沉速为ω、含 沙量为S的泥沙输往下游， 沙量为S的泥沙输往下游，而河道基本上处于不冲不 淤时应具有的比降、断面平均水深和河宽。 淤时应具有的比降、断面平均水深和河宽。
0.25/ m 0.75
nB S ω g Jc = K0.83/ mQ0.5
2 0.5 0.83/ m 0.83
0.83
K Q h = 0.75 0.25/ m 0.25 0.25 c B S ω g
（11-12） 11-12）
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（11-11） 11-11）
2、极限状态（终极状态）估算 极限状态（终极状态） ②、对水库极限状态进行略估的步骤 a、根据实测资料确定公式中的各项数据 •流量Q可取造床流量或多年汛期平均流量。 流量Q可取造床流量或多年汛期平均流量。 流量 •糙率n取水库下游附近冲积性河道相当于造床流量时的 糙率n 糙率 实测糙率。 实测糙率。 •河相系数ζ，可根据水库下游附近冲积性河道，在造床 河相系数ζ 可根据水库下游附近冲积性河道， 河相系数 流量下的平均河宽和平均水深的实测资料确定。 流量下的平均河宽和平均水深的实测资料确定。
△
h －正常蓄水位下相应于造床流量时水库雍水高度
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淤积后 水面
Jc
正常蓄水位 1 原河 淤积后 道水 河槽纵 剖面 原河 面 床纵 剖面
Jc
hc
△
hc h A0 Bc
J0
J0
h0
正常蓄水位与原河床交点至坝身距离 最上游淤积点至坝身距离 Lc
L0
水库淤满达到极限状态的回水长度L
h0 －原河道相应于造床流量时的正常水深 hc －淤积后相应于造床流量时的水深
3
m
B = ζ h
（3-14） 14）
3
2、极限状态（终极状态）估算 极限状态（终极状态） ①、极限状态下的比降 Jc、水深 h 和河宽 B 关系式 c c a、一般关系式
K 0.2 / m ζ 0.8 Bc = g 0.2
Q 0.6 0.2 / m 0.1 S ω
（3-34） 34）
L0
Lc 水库淤满达到极限状态的回水长度L h0 －原河道相应于造床流量时的正常水深 hc －淤积后相应于造床流量时的水深
△
h －正常蓄水位下相应于造床流量时水库雍水高度
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②、对水库极限状态进行略估的步骤 d、估算水库淤积体积 V c
An−1 + An A + A2 A0 + A 1 1 Vc = L+ L2 +K + K Ln − AnL 1 2 2 2
。
△
h －正常蓄水位下相应于造床流量时水库雍水高度
An−1 + An A + A2 A0 + A 1 1 Vc = L1 + L2 +K + K Ln − AnL 2 2 2 A0 + An A0 − An Vc = L− AnL = L 若库内的河道断面沿程变化不大 2 2
R排 S*1Q T + S*2Q2T2 +K + S*nQnTn ＝ K 1 1
R ＝ 来－ 排 R R 0
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3、淤积年限估算 Vc tc = R pj
（11-13） 11-13）
Rpj = R0 / 2
⑵、 R 的确定方法： 0 的确定方法： 对于水库长度较短， ② 、对于水库长度较短，坝前断面有可能达到超饱和输沙 的情况，在计算年排沙总量时，可考虑引进大于 的超饱和 的情况，在计算年排沙总量时，可考虑引进大于1的超饱和 系数。 系数。
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2、极限状态（终极状态）估算 极限状态（终极状态） ②、对水库极限状态进行略估的步骤 a、根据实测资料确定公式中的各项数据 •水流挟沙力系数K和指数m，可利用水库下游附近冲积性 水流挟沙力系数K和指数m 水流挟沙力系数 河道的实测资料确定。在缺乏实测资料时，可参考河流 河道的实测资料确定。在缺乏实测资料时， 动力学中的相关图确定。 动力学中的相关图确定。 •入库床沙质含沙量S的确定，可根据实测入库床沙质含 入库床沙质含沙量S的确定， 入库床沙质含沙量 沙量与流量的关系曲线， 沙量与流量的关系曲线，选取造床流量相应的床沙质含 沙量作为计算S 沙量作为计算S值。
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2、极限状态（终极状态）估算 极限状态（终极状态） ②、对水库极限状态进行略估的步骤 b、估算 Jc、 c、 c 、确定坝前运行水位、原河床河床纵剖面 、 h B 确定坝前运行水位、 及水面线、 及水面线、极限状态下的河床河床纵剖面及水面线
淤积后 水面
Jc
原 河 道 水
原
正常蓄水位 淤积后
面
1
△
h －正常蓄水位下相应于造床流量时水库雍水高度
14
淤积后
水面
Jc
河 道 水 原河 面 床纵 剖面 原
正常蓄水位 淤积后
1
河槽纵 剖面
Jc
hc
△
hc h A0 Bc
J0
J0
h0
正常蓄水位与原河床交点至坝身距离 最上游淤积点至坝身距离
L0
水库淤满达到极限状态的回水长度L
Lc
h0 －原河道相应于造床流量时的正常水深 hc －淤积后相应于造床流量时的水深
第二节
水库淤积估算
1、水库泥沙冲淤计算的基本方法 数学模型法 经验估算法
2、水库冲淤的数学模型方法 ①、饱和输沙法 ②、非饱和（不平衡）输沙法 非饱和（不平衡） ③、有限差分法、特征线法、有限元法 有限差分法、特征线法、 ⑤、水库淤积的估算方法 ④、水库泥沙数学模型的优缺点
1
第二节
水库淤积估算
一、水库淤积极限状态法 1、水库淤积极限状态的概念 水库的淤积极限状态，是指水库淤积达到终止时， 水库的淤积极限状态，是指水库淤积达到终止时， 河道恢复了接近天然条件的相对平衡状态。这时， 河道恢复了接近天然条件的相对平衡状态。这时， 水库基本上不再淤积， 水库基本上不再淤积，库区河道的水流条件和河道 形态都恢复天然河流的特征。也就是说，此时， 形态都恢复天然河流的特征。也就是说，此时，水 流条件已接近均匀流， 流条件已接近均匀流，而河道形态则保持一定的宽 深比关系。 深比关系。
淤积后 水面
Jc
原 河 道 水
正常蓄水位 淤 积后
面
1
河槽纵 剖面
原河 床
纵剖 面
Jc
hc
△
hc h A0 Bc
J0
J0
h0
正常蓄水位与原河床交点至坝身距离 最上游淤积点至坝身距离
L0
Lc 水库淤满达到极限状态的回水长度L h0 －原河道相应于造床流量时的正常水深 hc －淤积后相应于造床流量时的水深
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一、水库淤积极限状态法 2、极限状态（终极状态）估算 极限状态（终极状态） ①、极限状态下的比降 Jc、水深 h 和河宽 B 关系式 c c a、一般关系式 （ 24） Q = UBh3-24）
1 2 / 3 1/ 2 25） U = h J （3-25） n
U S = k （ 26） gh ω 3-26）