三峡水库泥沙絮凝特征及影响因素分析

三峡水库泥沙絮凝特征及影响因素分析

何芳娇;吉祖稳;王党伟;夏建新

【摘要】Field measurements are carried out at Miaohe and Fengjie reaches in Three Gorges Reservoir , and the sediments are sampled for the laboratory experiments .The analysis results show that the flocculation phenomenon exists in 99.4% of the 819 measuring points, and the diameter of 83.6%flocs is 3 to 8 times larger than that of the single particle , indicating that the floc-culation is universal under suitable conditions in Three Gorges Reservoir and the critical diameter of the floc is 0.02 mm.In the perspective of the sediment flocculation distribution , the flocculation mainly concentrates in the upper and middle layer of waters , which attenuates along the flow direction , namely the extent of flocculation of Miaohe reach is much smaller than that of Fengjie

reach.The critical velocity of flocculation is 0.70 m/s, it is conducive to the formation of sediment flocculation below 0.7m/s. The formation of stable and large floc groups is difficult and weak flocculation is dominant in Three Gorges Reservoir due to the small relative kinetic energy of sediment particles .%以三峡水库奉节河段和庙河河段的现场取样资料为基础，

通过现场测量和室内实验分析，发现819个现场取样点中，99．4％的测点存在

泥沙絮凝现象，其中83．6％的泥沙絮团直径约为单颗粒直径的3～8倍，表明在条件适合的情况下三峡水库泥沙絮凝具有普遍性，絮凝的临界粒径为0．02 mm。从库区泥沙絮凝的分布来看，主要集中在中上层水体中，并且顺水流方向呈现衰减的趋势，庙河河段的絮凝度明显小于奉节河段。库区泥沙絮凝的临界流速为0．7

m／s，流速小于0．7 m／s有利于泥沙絮凝的形成，但由于库区泥沙颗粒间的相对动能较小，泥沙絮凝难以形成稳定的大絮团，主要表现为弱絮凝。

【期刊名称】《人民长江》

【年(卷),期】2016(047)014

【总页数】6页(P31-35,45)

【关键词】泥沙絮凝;泥沙粒径;水流流速;含沙量;三峡水库

【作者】何芳娇;吉祖稳;王党伟;夏建新

【作者单位】中央民族大学生命与环境科学学院，北京100081;中国水利水电科学研究院泥沙研究所，北京100038;中国水利水电科学研究院泥沙研究所，北京100038;中央民族大学生命与环境科学学院，北京100081

【正文语种】中文

三峡工程是目前世界上最大的水利枢纽工程，其泥沙淤积问题一直是被广泛关注的热点，不仅直接影响水库的防洪调度和发电效率，还影响长江航运安全。细颗粒泥沙发生絮凝之后将对泥沙沉降及淤积分布产生很大影响，以往对于淡水水库中是否存在泥沙絮凝现象一直缺乏深入观测和研究，水库与入海河口地区在水流条件、离子浓度等方面存在较大差异，河口地区为高盐度水体环境，细颗粒泥沙能够形成絮凝，但三峡水库为淡水环境，是否存在泥沙絮凝一直有较大的争议，也缺乏现场观测资料。絮凝会在一定程度上影响泥沙输移和沉降，尤其是在水库中，会导致泥沙沉速增加，加剧泥沙淤积速度，如果不考虑泥沙絮凝对淤积沉降的影响，可能会在计算中低估泥沙的淤积速度和淤积量，从而给水库后期运行带来不利影响。因此，研究水库泥沙絮凝及其影响因素，对确保水库合理调度和安全运行具有非常重要的

指导意义。

本文利用三峡库区奉节河段和庙河河段部分测量断面的汛期水文泥沙数据进行分析，旨在分析三峡水库泥沙絮凝的程度以及库区水体环境对泥沙絮凝的作用，进一步加深对三峡水库泥沙运动规律的认识，同时也为库区泥沙絮凝研究奠定基础。

现场取样断面布置在三峡库区奉节河段和庙河河段。奉节河段有S113、S114、

S116和S118共4个典型断面，44条垂线，308个测点。庙河河段有庙河、S37、S35、S33、S31、YZL02、DX01和DX01+1共8个监测断面，其具体位置如图

1所示，除坝前DX01断面布置3条垂线外，其余7个监测断面上各布置10条垂线，每条垂线上从水面至河床依据相对水深布置7个测点，总计73条垂线，511

个测点。现场测量时间为2013年汛期7月15～18连续4 d，测量数据包括各个监测点的水温、流速、悬移质含沙量和颗粒粒径级配，从中选取代表性测点，在其位置上进行水体取样，并将水样带回实验室，利用马尔文激光粒度仪测量分散状态下水样中的泥沙粒径级配，现场进行含沙量及原样级配测量的仪器是LISST-100。此外，除了进行上述水体测点的取样分析之外，本次研究还对坝区淤积的表层底泥进行了取样分析，取样时间为2013年12月9日，取样距离坝前约10 km，取样点共3处。

絮凝判别的基本方法为：采用LISST-100现场观测水体中泥沙粒径级配，将同一

位置取出的水样带回实验室，添加表面活性剂使泥沙分散成单颗粒，采用马尔文激光粒度仪测得分散颗粒级配，最后将2种级配结果进行对比，可以分析出是否存

在泥沙絮团。

2.1 库区泥沙絮凝基本特征

为了反映水库泥沙絮凝程度，定义泥沙中数粒径放大倍数M为

式中，DF为现场实测絮团中数粒径值，DP为实验室内测得的分散颗粒中数粒径值；M值表示了泥沙颗粒的絮凝程度，称为絮凝度。