三峡工程运用初期上荆江杨家脑至郝穴河床冲淤变化试验研究

三峡工程运用初期上荆江杨家脑至郝穴河床冲淤变化试验研究 三峡工程运用初期上荆江杨家脑至郝穴河 床冲淤变化试验研究 第28卷第2期 2011年2月 长江科学院院报 JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstitute Vo1.28No.2 Feb.201l 文章编号:1001—5485(2011)02—0074—05 三峡工程运用初期上荆江杨家脑至 郝穴河床冲淤变化试验研究 黄莉,孙贵洲,李发政 (长江科学院水利部江湖治理与防洪重点实验室,武汉430010) 摘要:三峡水库修建后,由于水库调蓄作用,进入坝下游荆江河道的水沙过程发生了显着变化,荆江河道产生较明显 的冲刷,已引起局部河段的河势调整,将在相当长时期内对两岸堤防,已建护岸工程和河道整治工程及河道的稳定产 生不同程度影响,进而影响该地区的防洪,航运,生态与环境以及河流的综合服务功能的正常发挥.利用长江防洪实 体动床模型试验研究了三峡工程运用初期不同时期上荆江杨家脑至郝穴河段的冲淤变化过程,冲淤规律,数量及分 布,并在此基础上预测河势调整趋势.研究成果为该段河道的治理和河势控制工程规划, 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 等提供技术参考. 关键词:长江防洪实体模型;三峡工程;坝下游;冲淤;河势 中图分类号:TV147.5;TV149.2文献标识码:A 三峡工程已于2003年6月开始蓄水至135m, 2006年9月蓄水至156m,2009年9月启动175m 试验性蓄水,并于:2010年l0月26日蓄水至正常蓄 水位175m,首次达到工程设计的最高蓄水位.三 峡水库修建后,由于水库调蓄作用,进入坝下游荆江 河道的水沙过程发生了显着变化,荆江河道产生较 明显的冲刷,已引起局部河段的河势调整,将在相当 长时期内对两岸堤防,已建护岸工程和河道整治工 程及河道的稳定产生不同程度影响,进而影响该地 区的防洪,航运,生态与环境以及河流的综合服务功 能的正常发挥.随着三峡工程的蓄水运用和其上游 干支流水库的陆续建设以及水土保持工程的不断实 施,坝下游荆江河道河势将进一步冲淤调整,因此有 必要开展三峡工程运用后荆江河道冲淤变化研究, 进而研究河势调整趋势. 本研究正是基于以上考虑,通过长江防洪实体 模型动床模型试验研究三峡工程运用初期不同时期 上荆江杨家脑至郝穴河段的冲淤变化特点及河势调 整趋势.研究成果可为该段河道的治理和河势控制 工程规划,设计等提供技术参考. 1河道概况. 荆江上起枝城,下迄洞庭湖口的城陵矶,全长约 326km,有松滋口,太平口,藕池口,调弦口(已于 1959年建闸封堵)分长江水沙通过分流道进入洞庭 湖,并汇集湘,资,沅,澧四水经洞庭湖调蓄后于城陵 矶复入长江,形成复杂的江湖关系.以藕池口为界 荆江分上,下荆江,上荆江为微弯分汊型河道,长约 161km;下荆江上起藕池口,下迄城陵矶,为蜿蜒型 河道,目前已被改造为限制性弯曲型河道. 试验河段位于上荆江河段内,上自杨家脑(荆 25),下至郝穴(荆74),全长约87km,由浣市,沙 市,公安及郝穴4个河弯段及河弯之问的过渡段组 ,除郝穴河弯外其余河弯处基本均分布有江心洲, 成 整个河段属弯曲分汊型河道(图1).河段左岸有支 流沮漳河人汇,右岸有太平口分流人洞庭湖,本河段 在陈家湾,玉和坪,观音寺,双石碑,郝穴等处因节点 控制形成卡口.近几十年来,由于受下荆江裁弯,三 口分流减少,葛洲坝水利枢纽建成运用,1998年大 洪水以及三峡工程蓄水运用等因素的影响,试验河 段河床发生了不同程度的冲刷,随着河道内弯道凹 岸及水流顶冲部位护岸工程的实施,河岸的抗冲能 力得到增强,较大程度地抑制了近岸河床的横向发 展,试验河段总体河势没有发生大的改变,但局部河 势调整仍较为剧烈,主要表现为过渡段主流的摆动, 洲滩的消长及主支汊的兴衰交替变化等,以沙市河 段三八滩汉道段河势调整尤为突出. 试验河段的水沙条件主要受自宜昌以上长江干, 支流的影响.统计1950—2007年沙市站(1991年以 前为新厂站)水文观测资料可知,多年平均径流量 3923亿m,悬移质泥沙多年平均输沙量为4.022亿t, 收稿日期:2010—12—09 基金项目:水利部公益性项目(KJZC0747/HL06) 作者简介:黄莉(1981一),女,湖北钟祥人,工程师,主要从事河流泥沙与河道整治研 究,(电话)027—84238177(电子信箱)M_Ms@163.corn. 第2期黄莉等三峡工程运用初期上荆江杨家脑至郝穴河床冲淤变化试验研究75 图1上荆江杨家脑至郝穴河段近期河势图 Fig.1RecentriverregimemapoftheUpperJingjiangRiverfromYangjianaotoHaoxue 并且水,沙量年内分配不均匀,最大月径流量出现在 7—9月,最小月径流量出现在1—3月;输沙量年内分 配大致与径流分配规律相同,但更集中在汛期,5一l0 月输沙量占全年的94.0%,历年最大月输沙量出现在 7月,最小月输沙量出现在2月. 由三峡工程蓄水运用前后沙市站水沙统计资料 显示,三峡工程蓄水运用以来(2003—2008年),年 径流量较蓄水前多年(1956—2002年)平均值有所 偏枯,减少约4.9%,年输沙量大幅度减少,由三峡蓄 水运用以前多年平均的4.34亿t减少为三峡蓄水运 用后多年平均的0.857亿t,减少约80.3%,年均含沙 量也明显小于蓄水以前的多年平均值.另外,三峡 水库蓄水运用以来,由于河床冲刷,悬移质泥沙中粗 颗粒与床面细颗粒泥沙的交换,沙市站悬移质泥沙 的中值粒径稍有变粗,由蓄水前多年(1991—2002 年)平均的0.012mm变为蓄水后的0.018mm. 根据多年(1951—2008)太平口分流分沙的资 料可知,20世纪50年代以来,虎渡河分流,分沙比 总体呈减小趋势,分流分沙比分别由裁弯前 (1951—1966年)的4.67%和4.13%减小到三峡工 程蓄水后(2003—2009年)的2.24%和2.56%.另 外,三峡工程蓄水运用后,与蓄水前相比,太平口分 流分沙比均有所减少,但幅度不大. 河段两岸基本建有堤防工程,左岸有荆江大堤 滨l临江岸,堤外无滩或滩很窄,深泓逼岸,右岸有荆 南长江干堤.多年来该河段河势变化主要发生在顺 直过渡段及放宽分汊段,洲滩不稳定,主流线摆幅较 大,并引起局部河岸较剧烈的崩坍. 2动床模型设计 2.1模型模拟范围 动床模型模拟范围上起杨家脑(荆25),下至郝 穴(荆74),河段全长87km,模型长218m,包括浣 市河弯,沙市河弯,公安河弯,郝穴河弯及两弯道间 过渡段. 2.2模型相似条件… 根据研究内容和试验河段的水沙条件及河床组 成情况,本动床模型除满足几何相似和水流运动相 似外,还应满足泥沙运动相似. 2.2.1几何相似 几何相似是模型相似的基础.根据所研究的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 需要和场地条件等综合因素,确定模型平面比尺 ,=400,垂直比尺O/H=100,变率e=4. 2.2.2水流运动相似 1 由惯性力重力比相似得=OZ=10;由惯性 ,1 力阻力比相似得=丁/L丁=1.08;由水流连续 相似得 , 0=Ot, Otj=f=400000. 式中:Ot为流速比尺;为糙率比尺;.为流量 比尺. 2.2.3泥沙运动相似 试验河段来沙主要包括悬移质,沙质推移质,其 间亦有少许卵石推移质.它们的粒径范围分布较 广,各自运动规律和补给条件也不相同,不能采用同 一 表达式描述.根据试验目的和要求,应同时模拟 悬移质,沙质推移质和卵石推移质,但考虑到试验河 段属平原河流,水流输沙总量中悬移质占绝大部分, 沙质推移质数量相对较少,卵石推移质就更少,并且 对该河段河床冲淤变化产生较大影响作用的主要是 悬移质中的床沙质部分.因此,本模型设计主要考 虑悬移质中的床沙质运动相似,据此确定泥沙运动 相似的基本条件.悬移质泥沙主要满足沉降相似, 起动相似,挟沙相似和河床变形相似.本模型采用 的模型沙即长江防洪实体模型所采用的塑料合成 76长江科学院院报 沙,密度设计为1.38t/m,干密度随模型沙粒径变 化而略有改变,取0.65t/m. 动床模型各类比尺汇总于表1.最终的河床变 形时间比尺,含沙量比尺需通过验证试验确定. 表1动床模型各类比尺汇总表 Table1Collectionofmodelscalesofthemovable bedmodel 2.3模型测控系统 试验河段模型试验放水要素采用计算机自动控 制,其中模型进口流量由3台电磁流量计交互控制, 进口沙量由4台螺杆泵采用调频器交互控制,出口 水位由1台梭拉式尾门自动调节水位,太平口分流 道流量由1个三角堰通过调节堰顶水头控制出流. 河工模型试验时,一般将进出口水沙过程进行 概化,将非恒定流过程简化成多级恒定流过程.当 进口流量和出口水位变化时,水沙运动时问和河道 的槽蓄作用导致初期模型沿程水位,流速,含沙量均 发生滞后和偏离.为了减少以往模型进,出口水沙 要素同时控制方式带来不利影响,本次试验模型控 制方式采取进口流量提前,出口水位滞后控制方式, 尽可能保证进出口正常的水位流量关系. 模型试验中采用自动水位仪来观测模型沿程水 位,采用多点式光电流速仪,自动测淤仪以观测断面 流速分布及河床地形等. 2.4模型验证 动床模型验证试验主要是通过水面线,断面流 速分布和河床冲淤变形等要素的验证试验,来检验 模型设计,选沙及各项比尺的合理性,从而保证模型 方案试验的可靠性,并最终确定模型的含沙量比尺 与河床冲淤变形时间比尺,为后期开展三峡工程运 用后初期该河段河床冲淤变化试验研究奠定基础. 验证试验初始河床地形采用2004年7月底实 测1:10000水下地形图,模型施放2004年7月, 2006年6月的水沙过程,以复演2006年6月实测河 床地形及其问2005年10月监测的荆固断面形态. 动扇模型验证试验研究成果表明,模型沿程水位 及垂线平均流速沿河宽的分布与原型基本相似,各段 不同流量级下河床冲淤量总的变化规律与原型基本 一 致,模型深泓位置,断面形态横向分布与原型基本 吻合,较好地复演了原型滩槽泥沙运动冲淤规律,表 明模型设计,选沙及各项比尺的确定基本合理. 3动床模型预测试验 3.1模型试验条件 3.1.1边界条件 动床模型的初始地形采用2006年6月天然实 测1:10000河道地形制作而成.与验证试验类似, 根据试验河段已实施河道整治工程情况,模型中模 拟了流市河弯右岸,沙市河弯左岸,公安河弯左右岸 及郝穴河弯左岸等部位的护岸工程,以及太平口,瓦 口子及马家咀水道等航道整治工程.试验河段其它 涉水工程主要有荆州长江大桥,模型按照尺寸比例 也对涉水工程形态及结构进行模拟. 3.1.2水沙条件 长江科学院采用1991—2000年系列年进库水 沙条件和三峡水库泥沙淤积后出库水沙过程进行坝 下游长河段长时段一维水沙数学模型计算,其计算 成果为本模型试验提供边界条件. 模型试验时段为2006年6月至2018年12月, 共计12年6个月.试验起始年2006年水沙条件对 应于典型年系列的1994年入库水沙条件.根据数 学模型计算成果,对试验河段沿程水位,进口流量与 输沙量及太平口分流等水沙条件进行不同时段步长 概化,其中模型模拟进口的输沙量取大于粒径 0.05mm泥沙. 3.2模型试验预测成果分析 3.2.1河床冲淤量及枯水河槽平均冲淤分布 全河段以冲 (1)三峡水库运用2006—2012年, 刷为主,枯水河槽累计冲刷1.59亿m,平均冲深 1.85m.2012年后冲刷有所减弱,2006—2018年, 枯水河槽累计冲刷1.80亿m,平均冲深2.14m,见 表2,表3. (2)水库运行至2012年末和2018年末,全河 段以枯水河槽冲刷为主,河滩整体略有淤积.从各 河段来看,除沙市河段下段(荆45一荆52,简称J45 一 J52,下同)滩槽均冲刷外,其它河段枯水河槽以上 略有淤积. (3)各河段冲刷强度有所不同,浣市河段,沙市 河段下段在三峡水库运行至2012年末和2018年 第2期黄莉等三峡工程运用初期上荆江杨家脑至郝穴河床冲淤变化试验研究77 末冲刷强度较其他3个河段(沙市河段上段)略大. 公安河段冲刷强度相对较弱. (4)各河段局部冲刷坑发生不同程度的冲深,其 中2018年末浣市河段流2一荆27段冲深约8m,沙市 河段荆33一荆33段冲深约9m,沙6一荆43段冲深约 10m,荆49一荆51段冲深约7m,公安河段荆63处冲 深约8m,郝穴河段荆70一荆72段冲深约5Ill. 3.2.2三峡工程运用至2012年,2018年试验河段 河势变化 (1)流市河段 三峡工程运用第l0年及第16年后,该河段河势 仍维持现有格局,即主流由大埠街过渡至浣市河弯贴 右岸深槽下行,在陈家湾附近再过渡到沙市河弯上段. 与初始地形(2006年6月)比较,三峡工程运用第4, l6年(2006—2018年)内,河段河床冲淤变化特征总体 表现为深槽沿程冲刷,洲滩则发生不同程度淤积. (2)沙市河段上段 三峡工程运用第10年及第16年后,与初始地形 (2006年6月)比较,该河段深槽,洲滩位置与形态均 发生较大变化,但主流走向依旧维持太平口心滩南北 两槽并存,至荆37附近走三八滩右汊格局.随着上 游来水来沙及河势变化,太平口心滩南北双槽且右槽 为主槽的河道形态逐步向双槽中左槽为主槽转变;三 八滩汉道呈洲体右侧切割,右汊扩大,左汉进口淤积 的演变趋势. (3)沙市河段下段 该段河道滩槽相对分明单一,三峡工程运用第 1O年及第16年后,深槽及洲体总体形态相对稳定, 金城洲左汊为主汊,主流沿金城洲左汊贴岸下行,至 荆53附近过渡至公安河弯.本河段河势变化与 2006年比较,主要表现在近岸河槽刷深展宽,金城洲 左侧及上端萎缩及马家咀过渡段主流下移等. (4)公安河段 该河段上接沙市河弯,下连郝穴河弯,河道平面 形态历年稳定,主流由观音寺附近经过马家咀浅滩由 左至右过渡河弯上部后,沿弯道凹岸下行至杨厂再过 渡到郝穴河弯.三峡工程运用第lO年及第16年后, 该段由于实施马家咀水道航道整治工程及右岸护岸 工程,突起洲右汊一直处于主汊地位,弯道中下段滩 槽相对位置稳定,主流走向基本维持现有格局,但河 槽,洲滩冲淤变化及局部段河势调整仍较剧烈. (5)郝穴河段 该河段近期主流基本走势为出公安河弯主流在杨 至荆74附近经铁 厂附近过渡后贴荆江大堤河岸下行, 牛矶较强烈挑流作用再过渡右岸南五洲.三峡工程运 行至2018年,其间滩槽相对位置未发生较明显变化, 主流走向与初始地形基本一致,河床演变主要表现杨 厂过渡段主流下移以及河槽冲刷下切与展宽. 4结语 长系列年动床模型冲淤变化研究成果表明,三峡 工程运行第10年(即2012年),第16年(2018年), 杨家脑至郝穴河段总体河势与初始条件(2006年6 月地形)基本一致,随运行年限延长河床呈沿程逐步 整体冲刷下切的趋势,深槽刷深拓展,过渡段主流下 移,过渡段问主流平面摆动较大,局部段江心洲滩及 汊道段在不同时段内发生较为剧烈变化,以沙市河段 上段(陈家湾至埠河段)变化尤为显着.河道的冲刷 与局部河段河势的调整变化可能会加大河道两岸崩 78长江科学院院报2011生 岸险情的发生次数,甚至出现新的险工段,对两岸堤 防,已有护岸工程及其他涉水工程等均可能带来一定 程度的不利影响.应加强河道两岸的原型观测,及时 对发生险情的岸段进行加固或新护. 参考文献: [1]长江水利委员会长江科学院.长江防洪模型利用世界银 行贷款项目实体模型选沙报告[R].武汉:长江科学院, 2005.(ChangjiangRiverScientificResearchInstituteof CWRC.ModelSandSelectionoftheChangjiangRiver FloodProtectionPhysicalModeloftheWorldBankLoan Project[R].Wuhan:ChangjiangRiverScientificResearch Institute,2005.(inChinese)) [2]孙贵洲,李发政.三峡工程运用后初期上荆江重点河段 冲淤变化试验研究[R].武汉:长江水利委员会长江科 学院,2009.(SUNGui—zhou,LIFa-zheng.PhysicalModel— ingofMorphologicalChangesinMajorReachesoftheUp- perJingjiangRiverattheInitialOperationStageofThree GorgesPr~ect[R].Wuhan:ChangjiangRiverScientific ResearchInstitute,2009.(inChinese)) (编辑:周晓雁) PhysicalModelingofMorphologicalChangesinUpperJingjiangRiver CoursefromYangjianaotoHaoxueatInitialOperationStage ofThreeGorgesProject HUANGLi,SUNGui—zhou,LIFa—zheng (KeyLaboratoryofRiverRegulationandFloodControlofMinistryofWaterResources, YangtzeRiverScientificResearchInstituteWuhan430010.China) Abstract:DuetothereservoirregulationoftheThreeGorgesProject(TGP),thewaterandsedi mentloadflowing intotheJingjiangfiverreachdownstreamof,TGPhaveundergonesignificantchangesbothintheprocessandinthe amount.Conspicuouserosion,whichleadstoriverregimechangesinsomelocations,hasoccu~edintheJingjiang riverchannel,consequentlyaffectingtheembankments,bankprotectionworksalongbothsides,riverregulation projects,andthestabilityoffiverbedatdifferentlevelsinthelong— run,andfurtheraffectingthefloodcontrol, navigation,ecology,environmentandtheintegratedfunctionoftheriverintheseareas.Inthispaper,themovable bedmodeltestofChangjiangRiverFloodProtectionModelwasadoptedtostudythechangingprocess,theamount anddistribution,ofscouringandsiltingoftheJingjiangrivercoursefromYangjianaotoHaoxueattheinitialopera— tionstageofTGP.Basedonthisunderstanding,thetendencyofriverchangeswerepredictedaswel1.Theobtained researchresultsmaybetakenastechnicalreferencesfortheplanninganddesigningoffiverharnessingandriverre— gimecontrolprojectsinthisrivercourse. Keywords:Changjiangriverfloodprotectionmodel;ThreeGorgeseroject;downstreamreservoir;erosionandsed— imentation;riverregime 客客套套客套盒客盒客套盘套客盎盒盒套套盘盒套客客盎盒盎盎客套客套盘盍 盒客盒客套盒盒客套客 长江科学院承担嘉兴电厂三期取水口预留岩坎拆除爆破圆满成功 浙能嘉兴电厂三期2×1000MW超临界机组循环水取水头及引水箱涵工程位于浙 江省嘉兴(平湖)市乍浦镇境内,处于 二期工程的扩建端和西侧的九龙山之间.为便于陆域基槽内的 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 ,预留了一个岩 坎围堰,在泵房外闸门井,现浇引水箱涵, 防洪堤施工,海上基槽炸礁等工作完成后需将岩坎围堰一次性爆破拆除.爆破拆除时,二期工程需正常运行发电,爆区边缘 取二期水口的最近距离30In,距二期循环泵房的距离约95m.爆破环境复杂,必须严格控制爆破振动,水击波和动水压力及 飞石对需保护物的影响. 长江科学院爆破技术人员多次深入现场,提供现场技术咨询与指导.以汪旭光院士为组长的专家组曾对爆破方案进行 评审,并提出了很好的安全防护建议.承担该 工程施工 建筑工程施工承包1园林工程施工准备消防工程安全技术交底水电安装文明施工建筑工程施工成本控制 的青岛海防工程局精心组织施工,于2011年1月11日12:48进行起 爆.爆破基本无飞石,爆堆形状,爆破块度符合设计预期;实测爆破振动,水击波均在安全控制 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 之内,没有对周围建筑物 及保护设施产生破坏影响,爆破取得圆满成功. (摘自《长江水利科技网》)