三峡工程运用后典型水流条件下荆江水动力特性对河床冲刷的响应规律

发布时间：2020-08-08 06:21

【摘要】：三峡工程运用后,坝下游荆江河床发生了下切、粗化。本文以近年的地形、水文资料为基础,建立荆江河段三维水流数学模型,研究三峡工程运用后荆江水动力特性对河床下切、粗化的响应规律。主要研究内容与结论如下:(1)选取宜都~螺山河段长约375 km的荆江干流河段作为计算区域,采用滩槽优化的非结构网格进行剖分,建立三维水流模型。得到的计算网格在平面上包含86891个计算单元,垂向分10层。所建立的数学模型的计算地形能真实反映宜都~螺山河段滩槽复式断面形态及复杂的河势条件。(2)在2002、2006、2008、2011、2013年共计5年的实测地形上,分别选取年份与之相匹配的水文实测资料(水流条件接近平滩流量),对各年河床条件下的河床阻力系数(Cd)进行率定。经过水位、流量双重比较,反复调试,得到:在上述5年地形条件下,荆江干流Cd值的沿程分布(从上游往下游)依次为0.008~0.002、0.011~0.002、0.013~0.002、0.013~0.003、0.013~0.003。从而,揭示了三峡水库运用10年间荆江干流河床阻力对河床冲刷粗化的响应规律。并分析了三峡水库运用10年间荆江平滩水位以下河槽断面面积、槽蓄量的逐年变化规律。荆江河段过流面积、河槽槽蓄量逐年递增,其过流能力逐年提高。(3)分别在平滩流量、多年平均流量两种水流条件下,开展三种工况的水流模拟,研究三峡工程运用后典型水流条件下荆江水力因子(沿程水位、流速、环流强度等)的变化规律。三种工况共计15组计算依次为:工况一,以2002年地形为基础,分别使用2002、2006、2008、2011、2013年的Cd值;工况二,以2002年Cd值为基础,分别使用2002、2006、2008、2011、2013年地形;工况三,分别采用各年地形及与之相对应的Cd值。(4)研究结果定量地给出了河道水力因子对河床下切的响应变化,对河床粗化的响应变化,及对河床下切、粗化综合作用的响应变化,各断面过流流速大体呈现逐年减少,河床形态逐渐向窄、深的形式发展;环流强度沿程变化曲线对河床阻力系数变化的响应不明显等;阐明了河床下切、粗化条件下荆江水动力特性的变化规律。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV147
【图文】：

三峡水库,坝前水位,来源,图片

发”“生态发展，绿色优先”等理念的提出，专家学者越来越注重对长江生保护。综上所述，不论是从科学上了解坝下游水流特性的角度，还是从提高、保护生态环境的角度来分析，开展三峡荆江河道水动力特性研究均有重大内外研究现状峡工程及其下游荆江河段简介三峡工程峡工程是举世瞩目的水利枢纽工程，也是长江中下游防洪的关键。三峡工程运用，在防洪、航运、供水、灌溉、泥沙和生态等方面都将发挥巨大的效益落于湖北省宜昌市三斗坪镇，与葛洲坝水电站共同构成梯级调度电站。三峡长、均宽分别为 673.5km、1.1km，水库面积 1084km2[4]；图 1-1 为三峡水库前水位曲线图。

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华中科技大学硕士学位论文水流会剧烈冲击下游河床，致使河道河势发生新的调整。一段时间后，随着水库排沙比增大以及河床粗化等综合作用[22]，坝下游河道中的泥沙量增加，冲刷强度逐渐减弱。河道的形成是由水沙条件和河床边界条件共同决定的。其中，水沙条件是决定因素[23]。综上，充分认识荆江河段的水沙特性变化，是研究新水沙条件下荆江水动力特性变异规律的基础。1.2.2.1 径流时空变化及输沙量变化三峡工程蓄水运用以来，坝下游径流过程总体呈偏枯的状态。图 1-2 为枝城站、螺山站径流量年际变化，2006 年为特枯年，其径流量相对其他年份较少。以宜昌站为例，分析年内径流过程变化。图 1-3 为宜昌站径流量年平均变化。从图中可以看出，2003~2012 年与 1992~2002 年相比，10 月流量减少 3910m3/s，减幅 24%。

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流时空变化及输沙量变化程蓄水运用以来，坝下游径流过程总体呈偏枯的状态。图 1-2 为枝城量年际变化，2006 年为特枯年，其径流量相对其他年份较少。以宜年内径流过程变化。图 1-3 为宜昌站径流量年平均变化。从图中可以看年与 1992~2002 年相比，10 月流量减少 3910m3/s，减幅 24%。图 1-2 枝城站、螺山站径流量年际变化

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