利用有地下电厂情况下枢纽运行70+6年的淤积地形，进一步开展了三峡枢纽上游引航道内冲沙闸和冲沙隧洞运用情况的试验研究。时间变态的第一个问题是非恒定流时段的冲沙不相似。为了获取坝区模型内非恒定流动阶段的准确历时，本次试验中采用压力传感器测量水位的动态变化。因此模型上非恒定流的全过程持续时间不超过模型时间1.5min。......
2023-06-22
修正模型冲沙时间考虑非恒定流过程
【摘要】：在非恒定流阶段的最后10min内，形成了较大的水面比降，水流达到了充足冲刷能力，必须按悬移质泥沙冲淤时间比尺计算这个时段的原型历时，结果为225min。因此模型中有充足冲刷能力的非恒定流时段不会超过整个冲沙时间的1/6。图4-23根据实测非恒定流过程分解模型冲沙历时示意图由图4-23可见，沿程水位变化过程中和稳定后，开闸泄水形成的水面比降集中在隔流堤头至其下游700m 左右的范围内。
由图4-22可见，闸门开启后原型时间第10min (按水流时间比尺换算)，隔流堤内沿程水面比降仍很缓，说明至此水体仍处于缓慢排出阶段、冲沙能力很有限。在非恒定流阶段的最后10min内(模型历时为45s)，形成了较大的水面比降，水流达到了充足冲刷能力，必须按悬移质泥沙冲淤时间比尺计算这个时段的原型历时，结果为225min。因此模型中有充足冲刷能力的非恒定流时段不会超过整个冲沙时间的1/6。剩下来要按冲淤时间比尺恒定流冲刷1205min。这样，可以按照图4-23所示方式分解模型冲沙历时。
图4-23 根据实测非恒定流过程分解模型冲沙历时示意图
由图4-23可见，沿程水位变化过程中和稳定后，开闸泄水形成的水面比降集中在隔流堤头至其下游700m 左右的范围内。进入三角区域后水面比降极缓，水面起伏中表面波动占主要成分。闸门开启在隔流堤内形成水面波动，原型峰谷差幅度可达40cm。实测结果表明，在引航道铺动床至139m、库水位145m 的条件下，如果保证隔流堤直立墙处的内外水位差不大于2m，可以施放的冲沙流量最大只能达到4000m3/s。若施放的冲沙流量为5000m3/s，则隔流堤直立墙处内外水位差将在闸门开启后21min超过2m，并且持续下降(图4-24)。
图4-24 采用冲沙流量Q=5000m3/s时的水位变化过程
试验中在引航道铺动床至139m、抬高库水位至150m 时，施放5000m3/s流量在隔流堤直立墙处引起的内外水位差不大于1m，如图4-25所示。图中可见该流量下关闭闸门(按水流时间比尺计，相当于原型中闸门在20min内关闭)引起了很强的水面波动，原型峰谷差幅度可达160cm。
图4-25 施放冲沙流量5000m3/s的水面变化过程和瞬时关闸引发的水面波动
采用66+4年型水沙过程后上游引航道淤积地形，进行大江流量30000m3/s、冲沙流量2500m3/s，4000m3/s和5000m3/s条件下的冲沙试验，模型冲沙时间均为5.5min，相应于原型24h。当流量为2500m3/s时，隔流堤内共用航道部分所发生的130m 高程以上冲刷量占冲刷总量的40%以上，而隔流堤内开阔带内的平均冲刷强度较低，冲沙效果差。采用4000m3/s和5000m3/s流量冲沙时，三角区130m 高程以上冲刷量占隔流堤内同高程以上冲刷总量的比例分别提高到了70%和74%，而共用航道内的绝对冲刷量增加不大，因此这两种流量在隔流堤内的整体冲沙效果比较平衡。
就冲刷总量来说，流量越大则冲沙量越大。就冲刷量的分布来说，冲沙流量为4000m3/s和5000m3/s时的冲刷情况基本一致，只是绝对数量有差异，而冲沙流量为2500m3/s时冲刷情况则在冲刷量分布方面表现出较大的趋势性差异。以上的试验结果显示，由于冲沙闸、洞布置给隔流堤内的流场分布所造成的影响，冲沙较多的部位是船闸和升船机共用航道，冲沙效率最大的部位是升船机航道和非航行区。采用冲沙流量5000m3/s时，由于淤积之后的上游引航道口门过水断面较小，冲沙初期进入隔流堤内的水流不畅，隔流堤内水位下降幅度大，直立墙内外水位差超过2m 的时间持续较长约占整个模型冲沙时间的1/3左右。因此，根据本模型试验的结果，推荐采用4000m3/s作为冲沙流量。
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