多年调节水库对河口河床冲淤的影响
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30
2002 年 6 月
泥 沙 研 究 Journal of Sediment Research
第3期
2 丰
枯期流量变化对河口河床冲淤的影响
钱塘江河口自1952年起 每年4 7 11月均有1/5万江道地形图3次以上 它真实 准确地反映了江道 冲淤的变化 但在引用这些资料时 要遵循以下的一些原则 (1)江段的选用 从闸口至澉浦的江段中 大体上以盐官为界 盐官以上洪冲枯淤 盐官以下洪淤枯 冲 如1997年洪水期(4 7月) 闸口至盐官冲刷169亿m 3/s 盐官以下淤1.57亿m 3/s 枯水期(8 10月)闸 口至盐官淤0.99亿m 3/s 盐官以下冲1.9亿m 3/s 因此反映迳流变化对河床的冲淤影响 选闸口至盐官河 段比较合理 (2)时段选用 钱塘江河口自1966年后开始治江围涂 至1977年止围了50万亩天然高滩 1959年前可 以代表新安江建库前的情况 考虑到围涂是逐步实施和对河床变形的滞后过程 1960年到1975年可代表建 库后 治江围涂前的情况 而1976年后则代表了建库后及围涂后的综合影响 本文不引用这以后的资料 (3)天然迳流变化的影响 由于闸口至盐官河段的冲淤受迳流总量及年内分配的影响敏感 故选择年 总迳流相差较小(如控制在5%内)的年份 进行建库前后对比 (4)河口下游尖山河弯平面形态也对河道总容积有明显影响 能选择建库前 后的仓前潮差相近 用仓前多年平均潮差反映该影响 尽可
由表知对于1% 5%频率情况下 建库后对富春江电站的削峰作用为8000 9000m 3/s 占天然洪峰流量
作者简介 韩曾萃(1936-) 男 收稿日期 2001-07-02 29 湖北省武汉市人 浙江省水利河口研究院教授级高级工程师
2002 年 6 月
泥 沙 研 究 Journal of Sediment Research
第3期
月
可能再增加0.4亿(此时更枯)达1.0亿 与冲刷量平衡
3 3
(2)中 短历时河道总容积减少2.8亿m 和3.17亿m 相差偏大的原因是建库后河道平面弯曲 反映出 3 仓前建库前后潮差相差45%和58% 与前述原则4相违 不具备可比性 而长历时平均值减少1.72亿m 此时 仓前潮差相差13% 具备可比性 但需修正 因淤积量与潮差的平方成正比 则这一差异可能造成淤积量 3 3 3 偏大27%左右 因此建库后河床容积由1.72 亿m 减少为1.25亿m 占总河床容积4.97亿m 的25% 这可以用 造床流量 Q = [
差 -700 -500 -400 -250 -100
前 1600 850 750 500 300
后 1350 1050 850 700 450
差 -250 200 100 200 150
前 1000 350 240 180 80
后 1000 630 540 410 240
来自百度文库
差 0 280 300 230 160
2002 年 6 月
泥 沙 研 究 Journal of Sediment Research
第3期
多年调节水库对河口河床冲淤的影响
——以新安江水库对钱塘江河口影响为例 韩曾萃 符宁平 史英标 周文波
(浙江省水利河口研究院 浙江 杭州 310009) 摘要 多年调节水库兴建后 如迳流旁引会导致河口段的淤积 以发电 防洪为主要目标仅进行洪 枯流量调节 本文以新安江水库投入运行前 后二十余年钱塘江河口江道地形
单位 m /s 50 11100 9950 1150 11000 9600 1400 350
频率(%) 设计值 建库前* 建库后 削峰值 建库前* 建库后 削峰值
28700 23100 5600 29000 20000 9000 3400
实际值
设计与实际差值
*建库前设计值与实际值的差别主要是适线上的差异 并不大
新安江水库是钱塘江流域上游一座多年调节的水库 开发目标为发电 防洪 兴建初未认识到它会对 河床冲淤变化 河口段的环境有着直接的重要影响 投入运行40年来 逐步认识到它对河口咸水入侵 1 幅度有着明显的影响 本文用实测资料分析和一维动床模型计算相结合的方法进行探讨 侧重于总结它对 河口河床冲淤变化的影响
根据以上的原则 进行了建库前 后长历时(7 10年) 中历时(2 程以下河道冲淤量的对比 如表3 从表可以得到以下结论
3年)和短历时(1年)的迳流和某高
表3 建库前 后冲淤量对比(吴淞6m高程以下) Table 3 Comparison of erosion/siltation amount before and after the constru ction of the reservoir 迳流变化(m3/s) 分期值 长 历 时 Q年 Q12-3 Q4-7 Q8-11 Z仓(m) Q年 Q12-3 Q4-7 Q8-11 Z仓(m) Q年 Q12-3 Q4-7 Q8-11 Z仓(m)
1 新安江水库对洪
枯流量的调节作用
新安江水库分别控制了芦茨埠(富春江水电站) 闻家堰集雨面积的33%和25% 由于它是多年调节水库 汛前库水位往往低于正常设计起调水位 再加上它控制的是山区暴雨中心 实际上它对洪峰的削减作用达 32% 接近集雨面积的百分数 远大于设计的20% 它对枯水流量的调节作用则更大 1.1 对洪峰 洪量的降低作用
建库前 1047 650 2075 457 1.70 914 450 1935 402 1.70 876 365 1624 639 2.42
建库后
中 历 时
2.08 -1.39
短 历 时
备注
1.29 -0.95
建库前长历时1953 1959 中历时1955 1957 短历时1956 建库后长历时1966 1975 中历时1965 1966 短历
∑Q
i =1
m
2 i
/ m]0.5 计算得到解释 建库前 后代表期迳流比为1:1.01,而造床流量比为1:0.73
即因建库后造床流量减少27% 导致河床断面与容积的减小
2
数学模型的验证及认识的扩展
上述实测资料所反映的规律 可以用数学模型进行验证 限于实测资料的种种局限性 难以作多种对 等条件的对比 而经过验证后的数学模型可以进行更多组次的计算 从而可以获得更多规律性的认识 3.1 一维动床模型的验证
新安江水库于1960年建成蓄水 富春江电站于1970年建成 但其库容小 调节作用极小 故用1932年 至1960年芦茨埠站的水文资料可代表建库前 1961年至1998年代表建库后的情况 分别统计其一日最大流 量值 并作频率曲线可以得到富春江电站原设计的下泄流量和实际运行的下泄流量的差异见表1 表1 富春江电站设计
冲刷量有明显的减少 1.2 对枯水流量的增大作用 采用上述洪水相同的时期划分 统计了新安江水库建库前 后二个时期富春江电站(芦茨埠站)各种保 证率的季(3个月)平均流量如表2 表2 建库前 后各种频率的季平均流量
单位 m 3/s
Table 2 Seasonal average discharges of different frequencies befo re and after the construction of the reservoir
式中Z Q u A分别为断面水位 流量 S S*为悬沙浓度及挟沙能力 B s 流速 断面面积 为河宽 床沙容重及悬沙沉速
ω T1 = − = 3.25 + 0.55 ln ku x S
S底
上边界 下边界 初始条件
T2 =
S底 S*
−
H ku* =( ) 2d 50
ω
给出长 短历时的流量过程Q(0 t)=Qo(t)及来沙过程S(0 t)=So(t) 给出长 短历时的潮水位过程Z(L,t)=ZL(t)及其含沙量过程S(L,t)=SL(t) Q(x,o)=Q初(x) Z(x,o)=Z初(x) S(x,o)=S初(x)
频率 (%) 10 30 50 70 90
1 3月
4 6月
7
9月
10
12月
前 1140 950 800 620 450
后 1080 950 860 660 380
差 -60 0 60 40 -70
前 3150 2300 1800 1500 1200
后 2450 1800 1400 1250 1100
Table 1
实测流量对比
5 22000 17300 4700 23000 15000 8000 3300 10 18900 15240 3600 18000 13000 5000 1340 20 15700 13100 2600 16000 12000 4000 1400
Comparison of designed and measured discharges for Fuchunjiang Hydroelectric Station 1 2 25900 21600 4300 26000 18000 8000 3700
3.1.1 动床模型简介 由于钱塘江河口的情况是 潮流为非恒定流 悬沙为非饱和输沙 冲淤变化剧烈 悬沙级配均匀 断 其工作方程 面形态相对均匀 因此 可以采用一维非恒定非饱和均匀沙的动床模型 2,3
∂z 1 ∂Q ∂t + B ∂x = 0 ∂Q + 2u ∂Q + Ag ∂z + g Q Q − u 2 ∂A = 0 ∂t ∂x ∂x ∂x C 2 AR ∂ ( AS ) + ∂ (QS ) = −ωB(T S − T S * ) 1 2 ∂t ∂x ∂Z 0 γ = ω (T1 S − T2 S * ) ∂ t
的水库同样会引起河口段河床冲淤幅度的减少 河口冲淤影响的定量程度 关键词 多年调节水库 TV145 潮汐河口 河床冲淤 文献标识码 A 中图分类号
的变化为例 说明建库后冲淤幅度和总容积均减少 再用一维动床数学模型进行了验证和各种计算 说明建库对
文章编号
0468-155X(2002)03-0029-06
(1)无论长 中 短历时 4 7月梅汛期建库前 后 冲刷量是减少的 平均1.06亿 变幅为0.94 3 0.18亿 还是相当稳定的 而8 11月4个月的淤积量变幅为0.28 0.92亿 平均0.60亿m 如考虑11 12
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泥 沙 研 究 Journal of Sediment Research
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第3期
的32% 比设计的削峰作用20%大12% 约3300 3700m /s 仅这项差值的直接作用可以使桐庐 富阳 杭 州的洪水位分别下降0.80m 0.60m和0.4m 新安江汛期拦洪约20 40亿m 3 洪峰和洪量的减小将使河口的
图1新安江水库及钱塘江河口示意图 Fig.1 Sketch of Xin'anjiang Reservoir and Qiantang Estuary
由表知 建库后1 3月流量变化相对小 4 6月为蓄水期 丰 枯年份的流量分别减小500 700m 3/s 和100 250m3/s 7 9月偏枯年的流量增大100 200m 3/s 10 12月增加160 230m 3/s 是建库前枯水流 量的2 3倍 7 12月70%及以上频率的枯水流量平均增加165 m 3/s 建库后丰水年“ 蓄”大于“ 泄” 而枯水 年泄大于蓄 这一现象反映了其多年调蓄的性能
时1965 Q4-7指4月至7月平均流量 V3 V7指3月 7月河道总容积
河床容积变化(亿m 3) 差值 <-2% +105 -404 +225 -13% -13% +322 -557 +48 -45% +15% +196 -449 -96 -58% V年 V3 V7 V11 V年 V3 V7 V11 5.50 4.58 6.66 5.27 6.08 5.59 6.83 5.88 2.70 2.39 3.41 2.30 2.91 2.96 3.07 2.71 -2.80 1.02 -1.11 -1.06 -0.28 -3.17 0. 11 –0.36 -1.18 -0.59 分期值 V年 V3 V7 V11 建库前 4.97 4.23 5.68 3.06 冲淤量 (+ -) 1.45 -2.62 建库后 3.25 3.03 3.64 1.94 冲淤量 (+ -) 0. 51 –1.70 差值 -1.72 -0.94 -0.92 1033 755 1571 682 1.47 800 772 1378 450 0.93 910 534 1175 543 1.0
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第3期
2 丰
枯期流量变化对河口河床冲淤的影响
钱塘江河口自1952年起 每年4 7 11月均有1/5万江道地形图3次以上 它真实 准确地反映了江道 冲淤的变化 但在引用这些资料时 要遵循以下的一些原则 (1)江段的选用 从闸口至澉浦的江段中 大体上以盐官为界 盐官以上洪冲枯淤 盐官以下洪淤枯 冲 如1997年洪水期(4 7月) 闸口至盐官冲刷169亿m 3/s 盐官以下淤1.57亿m 3/s 枯水期(8 10月)闸 口至盐官淤0.99亿m 3/s 盐官以下冲1.9亿m 3/s 因此反映迳流变化对河床的冲淤影响 选闸口至盐官河 段比较合理 (2)时段选用 钱塘江河口自1966年后开始治江围涂 至1977年止围了50万亩天然高滩 1959年前可 以代表新安江建库前的情况 考虑到围涂是逐步实施和对河床变形的滞后过程 1960年到1975年可代表建 库后 治江围涂前的情况 而1976年后则代表了建库后及围涂后的综合影响 本文不引用这以后的资料 (3)天然迳流变化的影响 由于闸口至盐官河段的冲淤受迳流总量及年内分配的影响敏感 故选择年 总迳流相差较小(如控制在5%内)的年份 进行建库前后对比 (4)河口下游尖山河弯平面形态也对河道总容积有明显影响 能选择建库前 后的仓前潮差相近 用仓前多年平均潮差反映该影响 尽可
由表知对于1% 5%频率情况下 建库后对富春江电站的削峰作用为8000 9000m 3/s 占天然洪峰流量
作者简介 韩曾萃(1936-) 男 收稿日期 2001-07-02 29 湖北省武汉市人 浙江省水利河口研究院教授级高级工程师
2002 年 6 月
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可能再增加0.4亿(此时更枯)达1.0亿 与冲刷量平衡
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(2)中 短历时河道总容积减少2.8亿m 和3.17亿m 相差偏大的原因是建库后河道平面弯曲 反映出 3 仓前建库前后潮差相差45%和58% 与前述原则4相违 不具备可比性 而长历时平均值减少1.72亿m 此时 仓前潮差相差13% 具备可比性 但需修正 因淤积量与潮差的平方成正比 则这一差异可能造成淤积量 3 3 3 偏大27%左右 因此建库后河床容积由1.72 亿m 减少为1.25亿m 占总河床容积4.97亿m 的25% 这可以用 造床流量 Q = [
差 -700 -500 -400 -250 -100
前 1600 850 750 500 300
后 1350 1050 850 700 450
差 -250 200 100 200 150
前 1000 350 240 180 80
后 1000 630 540 410 240
来自百度文库
差 0 280 300 230 160
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泥 沙 研 究 Journal of Sediment Research
第3期
多年调节水库对河口河床冲淤的影响
——以新安江水库对钱塘江河口影响为例 韩曾萃 符宁平 史英标 周文波
(浙江省水利河口研究院 浙江 杭州 310009) 摘要 多年调节水库兴建后 如迳流旁引会导致河口段的淤积 以发电 防洪为主要目标仅进行洪 枯流量调节 本文以新安江水库投入运行前 后二十余年钱塘江河口江道地形
单位 m /s 50 11100 9950 1150 11000 9600 1400 350
频率(%) 设计值 建库前* 建库后 削峰值 建库前* 建库后 削峰值
28700 23100 5600 29000 20000 9000 3400
实际值
设计与实际差值
*建库前设计值与实际值的差别主要是适线上的差异 并不大
新安江水库是钱塘江流域上游一座多年调节的水库 开发目标为发电 防洪 兴建初未认识到它会对 河床冲淤变化 河口段的环境有着直接的重要影响 投入运行40年来 逐步认识到它对河口咸水入侵 1 幅度有着明显的影响 本文用实测资料分析和一维动床模型计算相结合的方法进行探讨 侧重于总结它对 河口河床冲淤变化的影响
根据以上的原则 进行了建库前 后长历时(7 10年) 中历时(2 程以下河道冲淤量的对比 如表3 从表可以得到以下结论
3年)和短历时(1年)的迳流和某高
表3 建库前 后冲淤量对比(吴淞6m高程以下) Table 3 Comparison of erosion/siltation amount before and after the constru ction of the reservoir 迳流变化(m3/s) 分期值 长 历 时 Q年 Q12-3 Q4-7 Q8-11 Z仓(m) Q年 Q12-3 Q4-7 Q8-11 Z仓(m) Q年 Q12-3 Q4-7 Q8-11 Z仓(m)
1 新安江水库对洪
枯流量的调节作用
新安江水库分别控制了芦茨埠(富春江水电站) 闻家堰集雨面积的33%和25% 由于它是多年调节水库 汛前库水位往往低于正常设计起调水位 再加上它控制的是山区暴雨中心 实际上它对洪峰的削减作用达 32% 接近集雨面积的百分数 远大于设计的20% 它对枯水流量的调节作用则更大 1.1 对洪峰 洪量的降低作用
建库前 1047 650 2075 457 1.70 914 450 1935 402 1.70 876 365 1624 639 2.42
建库后
中 历 时
2.08 -1.39
短 历 时
备注
1.29 -0.95
建库前长历时1953 1959 中历时1955 1957 短历时1956 建库后长历时1966 1975 中历时1965 1966 短历
∑Q
i =1
m
2 i
/ m]0.5 计算得到解释 建库前 后代表期迳流比为1:1.01,而造床流量比为1:0.73
即因建库后造床流量减少27% 导致河床断面与容积的减小
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数学模型的验证及认识的扩展
上述实测资料所反映的规律 可以用数学模型进行验证 限于实测资料的种种局限性 难以作多种对 等条件的对比 而经过验证后的数学模型可以进行更多组次的计算 从而可以获得更多规律性的认识 3.1 一维动床模型的验证
新安江水库于1960年建成蓄水 富春江电站于1970年建成 但其库容小 调节作用极小 故用1932年 至1960年芦茨埠站的水文资料可代表建库前 1961年至1998年代表建库后的情况 分别统计其一日最大流 量值 并作频率曲线可以得到富春江电站原设计的下泄流量和实际运行的下泄流量的差异见表1 表1 富春江电站设计
冲刷量有明显的减少 1.2 对枯水流量的增大作用 采用上述洪水相同的时期划分 统计了新安江水库建库前 后二个时期富春江电站(芦茨埠站)各种保 证率的季(3个月)平均流量如表2 表2 建库前 后各种频率的季平均流量
单位 m 3/s
Table 2 Seasonal average discharges of different frequencies befo re and after the construction of the reservoir
式中Z Q u A分别为断面水位 流量 S S*为悬沙浓度及挟沙能力 B s 流速 断面面积 为河宽 床沙容重及悬沙沉速
ω T1 = − = 3.25 + 0.55 ln ku x S
S底
上边界 下边界 初始条件
T2 =
S底 S*
−
H ku* =( ) 2d 50
ω
给出长 短历时的流量过程Q(0 t)=Qo(t)及来沙过程S(0 t)=So(t) 给出长 短历时的潮水位过程Z(L,t)=ZL(t)及其含沙量过程S(L,t)=SL(t) Q(x,o)=Q初(x) Z(x,o)=Z初(x) S(x,o)=S初(x)
频率 (%) 10 30 50 70 90
1 3月
4 6月
7
9月
10
12月
前 1140 950 800 620 450
后 1080 950 860 660 380
差 -60 0 60 40 -70
前 3150 2300 1800 1500 1200
后 2450 1800 1400 1250 1100
Table 1
实测流量对比
5 22000 17300 4700 23000 15000 8000 3300 10 18900 15240 3600 18000 13000 5000 1340 20 15700 13100 2600 16000 12000 4000 1400
Comparison of designed and measured discharges for Fuchunjiang Hydroelectric Station 1 2 25900 21600 4300 26000 18000 8000 3700
3.1.1 动床模型简介 由于钱塘江河口的情况是 潮流为非恒定流 悬沙为非饱和输沙 冲淤变化剧烈 悬沙级配均匀 断 其工作方程 面形态相对均匀 因此 可以采用一维非恒定非饱和均匀沙的动床模型 2,3
∂z 1 ∂Q ∂t + B ∂x = 0 ∂Q + 2u ∂Q + Ag ∂z + g Q Q − u 2 ∂A = 0 ∂t ∂x ∂x ∂x C 2 AR ∂ ( AS ) + ∂ (QS ) = −ωB(T S − T S * ) 1 2 ∂t ∂x ∂Z 0 γ = ω (T1 S − T2 S * ) ∂ t
的水库同样会引起河口段河床冲淤幅度的减少 河口冲淤影响的定量程度 关键词 多年调节水库 TV145 潮汐河口 河床冲淤 文献标识码 A 中图分类号
的变化为例 说明建库后冲淤幅度和总容积均减少 再用一维动床数学模型进行了验证和各种计算 说明建库对
文章编号
0468-155X(2002)03-0029-06
(1)无论长 中 短历时 4 7月梅汛期建库前 后 冲刷量是减少的 平均1.06亿 变幅为0.94 3 0.18亿 还是相当稳定的 而8 11月4个月的淤积量变幅为0.28 0.92亿 平均0.60亿m 如考虑11 12
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第3期
的32% 比设计的削峰作用20%大12% 约3300 3700m /s 仅这项差值的直接作用可以使桐庐 富阳 杭 州的洪水位分别下降0.80m 0.60m和0.4m 新安江汛期拦洪约20 40亿m 3 洪峰和洪量的减小将使河口的
图1新安江水库及钱塘江河口示意图 Fig.1 Sketch of Xin'anjiang Reservoir and Qiantang Estuary
由表知 建库后1 3月流量变化相对小 4 6月为蓄水期 丰 枯年份的流量分别减小500 700m 3/s 和100 250m3/s 7 9月偏枯年的流量增大100 200m 3/s 10 12月增加160 230m 3/s 是建库前枯水流 量的2 3倍 7 12月70%及以上频率的枯水流量平均增加165 m 3/s 建库后丰水年“ 蓄”大于“ 泄” 而枯水 年泄大于蓄 这一现象反映了其多年调蓄的性能
时1965 Q4-7指4月至7月平均流量 V3 V7指3月 7月河道总容积
河床容积变化(亿m 3) 差值 <-2% +105 -404 +225 -13% -13% +322 -557 +48 -45% +15% +196 -449 -96 -58% V年 V3 V7 V11 V年 V3 V7 V11 5.50 4.58 6.66 5.27 6.08 5.59 6.83 5.88 2.70 2.39 3.41 2.30 2.91 2.96 3.07 2.71 -2.80 1.02 -1.11 -1.06 -0.28 -3.17 0. 11 –0.36 -1.18 -0.59 分期值 V年 V3 V7 V11 建库前 4.97 4.23 5.68 3.06 冲淤量 (+ -) 1.45 -2.62 建库后 3.25 3.03 3.64 1.94 冲淤量 (+ -) 0. 51 –1.70 差值 -1.72 -0.94 -0.92 1033 755 1571 682 1.47 800 772 1378 450 0.93 910 534 1175 543 1.0