三峡坝区泥沙粒径较细，而且细泥沙淤积后粘结力作用很显著，要选择能同时满足泥沙沉降相似和起动相似的模型沙具有一定的难度。模型相似比尺情况包括:1.模型的水流运动相似比尺公式重力相似:式中:λV为水流速度比尺;λL为模型的几何比尺，清华大学三峡坝区泥沙模型λL=180。清华大学三峡坝区模型的主要比尺数值如下:......
2025-09-29
三峡水库泥沙淤积计算及设计运行方案
【摘要】：为了使本数学模型的研究具有与可行阶段泥沙研究成果的比较基础，作者等首先利用数学模型计算了三峡工程设计方案的泥沙淤积情况。水库运行方案是初步设计选定的175m—145m—155m 方案，计算时间为130年。图5-38三峡水库淤积后重庆河段的泥沙淤积情况但是，第100年后，水库淤积还在持续增加。从总体和局部看，三峡水库到运行100年后泥沙淤积还没有达到平衡。
为了使本数学模型的研究具有与可行阶段泥沙研究成果的比较基础，作者等首先利用数学模型计算了三峡工程设计方案的泥沙淤积情况。在参数选取、运行条件等方面和中国水利水电科学研究院(韩其为等，1988)和长江科学院(黄煜龄等，1988)等完全一致。三峡入库水流泥沙系列根据1961～1970连续10年入库资料进行概化、滚动使用作为边界条件。10年平均入库水量4202亿m3，沙量5.1亿t。10年系列中没有发生大洪水，三峡没有拦洪，汛期坝前水位都维持在最低的防洪限制水位145m。水库运行方案是初步设计选定的175m—145m—155m 方案，计算时间为130年。计算也按照恒定水流泥沙模式进行。[1]
图5-35是水库运用130年内总淤积量的变化情况。淤积大体可分成两个阶段，前期以河床整体淤高和主槽淤积为主，后期以边滩淤积和主槽调整为主。泥沙淤积强度在第60年附近出现转折。前60年，水库淤积主要体现为三角洲和主槽淤积，淤积强度较大，平均年淤积量达2.3亿m3;后期泥沙淤积主要体现为滩地淤积，在第60年～第100年间，年泥沙淤积强度约为0.7亿m3;再后期(第100年～第130年)年淤积强度约为0.3亿m3。
图5-35 三峡水库淤积过程中深泓高程的变化发展过程
图5-36比较长江科学院(黄煜龄等，1988)的计算结果，中间过程有较大差异，本模型计算结果偏少。后期(100年时)，后者淤积总量是166.6亿m3，本计算比之少2.3亿m3，二者基本接近。
表5-2是不同时段水库淤积的纵向分布情况。100年的分段淤积量也与中国水利水电科学研究院(韩其为等，1988)和长江科学院 (黄煜龄等，1988)的结果进行了对比，三者之间非常接近。图5-37是第100年和第130年水库淤积沿程累积分布情况。可见，在永久回水区以下， 淤积量沿水库的线性淤积强度基本上是常数， 而在涪陵以上的河段，线性淤积强度明显减小。水库在重庆附近淤积强度已很小。
图5-36 三峡水库130年内计算总淤积量变化过程及与长江科学院成果比较
图5-37 三峡水库累积淤积量沿程分布及与长科院(黄煜龄等，1988)计算结果比较
表5-2 三峡水库淤积分布情况及与前人结果(韩其为等，1988;黄煜龄等，1988)比较(https://www.chuimin.cn)
图5-38 三峡水库淤积后重庆河段的泥沙淤积情况(其中长江科学院统计河段长度不一样，包括了重庆以上干流所有淤积)
但是，第100年后，水库淤积还在持续增加。到130 年，水库淤积增加到173.4亿m3。这从长江科学院计算的水库后期淤积变化趋势也可看得出来 (图5-36)。后期淤积增加虽然数量较小，但是，对库区洪水位等影响加大。另外，计算水库回水末端重庆河段泥沙淤积见图5-38，其中也包含了长江科学院的计算结果。虽然，长江科学院仅计算到100 年，统计河段长度也不同，但是，计算结果都显示，到100年以后，重庆(以上)河段泥沙淤积还呈加速增加趋势。从总体和局部看，三峡水库到运行100年后泥沙淤积还没有达到平衡。
图5-39是不同年代，坝前水位145m、流量45000m3/s时过流面积的沿程分布。初期永久回水区的过流面积很大，到70年左右，水库过水面积趋于稳定。永久回水区的断面完全由冲淤塑造，原来相对较宽的河段平衡过流面积大约为19000～22000m2，受夔门以下峡谷限制，坝前160km 范围部分河段过流面积仅16000m2左右，河道仅400～700m左右宽。可见，在长江超过45000m3/s的一般洪水流量条件下，近坝段平均流速都要超过3.0m/s，对大型船队通航会有限制。
图5-39 三峡水库不同时期过流面积的变化情况(坝前水位145m，流量45000m3/s)
水库静库容指在静止水平面以下的水体体积，静防洪库容是正常和汛限水位对应两个水平面之间的水体体积。对湖泊型水库，静防洪库容就是水库防洪库容;而对河道型水库，静防洪库容和防洪库容不完全一致。在水库淤积条件下，静防洪库容的变化反映了水库在汛限与正常水位之间的泥沙淤积体积。图5-40是不同运行时间后静防洪库容和兴利库容保留率。计算到100年时，静防洪库容和兴利库容保留率分别为85.5%和90.1%。长江科学院计算得到的相应比例是85.8%和91.5%。两者是非常一致的。但是，从变化过程看，100年后，库容损失比例还在继续减少，上述比例并不是三峡最终可永远保留的库容。而且，水库防洪时，是动防洪库容 (动库容)真正发挥防洪作用。对三峡水库这样的典型河道型水库，静库容和动库容差别较大，要分别对待。对此在后面将要介绍。
图5-40 三峡水库淤积后静库容保留比例
虽然数学模型与中国水利水电科学研究院和长江科学院完全不同，但淤积总量、时间变化过程和空间分布等与他们的结果基本一致。所以，利用这一模型研究三峡水库泥沙问题，在相同条件下具有可比性，可以进一步探讨减少淤积、增加防洪能力等方面的新问题。
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