小浪底水库运用后三门峡水库运用方式中一些问题的初步研究.docx
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小浪底水库运用后三门峡水库运用方式中一些问题的初步研究
小浪底水库运用后三门峡水库运用方式中一些问题的初步研究
摘要：
小浪底水库投入运用后三门峡水库的运用方式将作调整，本文运用黄河水库一维水动力学泥沙数学模型通过典型条件下的方案对照计算与分析，从减少库区淤积及增加电站出力两方面综合考虑，以为水库非汛期运用的第4方案较好;从排沙成效来看,汛期水库降低水位开始排沙的入库流量应选择大于1500m3/s为宜。
关键词：
泥沙数学模型水库运用方式方案北村水位
1引言
小浪底水库投入运用后，三门峡水库所承担的防洪、防凌和调沙减淤任务将会有所变更，在新情形下，三门峡水库如何调度运用需要进行研究。
在发生特殊的洪水或凌汛年份，三门峡与小浪底水库联合运用一起承担，这在小浪底水库设计中已有具体安排，故再也不进行研究，本文要紧就一样年份里三门峡水库运用的有关问题作初步研究。
采纳一维水动力学泥沙数学模型进行方案计算，并结合实测资料，对各方案库区的冲淤转变作综合分析。
2水库一维泥沙数学模型
大体方程
水流持续方程
Qi+1=Qi+Ql
（1）
水流能量方程
Zi+αiV2i/2g=Zi+1+αi+1V2i+1/2g+hw
（2）
非均匀悬沙扩散方程
（3）
泥沙持续方程
（4）
式中i、j别离为过水断面序号及悬沙粒径组序号；Ql、hw别离为相邻断面之间的入汇流量及水头损失；α为动能校正系数；β为泥沙恢复饱和系数；Sj、S*j别离为第j组悬沙含沙量、挟沙力；qsj为单位流程汇入或流出的第j组悬沙输沙率。
异重流输沙计算
当异重流在底坡较陡的库底运行时，异重流的潜入条件能够采纳下式判别
γ0/γm-γ0·V20/gh0=
（5）
式中V0、h0别离为异重流潜入断面的平均流速和水深；γm、γ0别离为异重流和清水的容重。
当库底坡度很缓时，依照韩其为等人的研究[２]，异重流的潜入条件应为
h=max[h0,hn]
（6）
式中h0为按式（5）计算的潜入点水深；hn为异重流均匀运动时的水深。
产生异重流后，从潜入断面开始要逐断面计算异重流的水力参数。
在异重流运动进程中，因沿程流量减少不多，故在一个计算时段内能够作为恒定流来处置。
异重流的阻力系数取平均值λt=。
异重流水深计算选用异重流均匀运动水深计算公式进行，即
hn=（λt/8gJ0·γ0/Δγ·Qe/Be）X）]1/3
（7）
式中J0为分河段底坡；Qe为异重流流量；Be为异重流宽度。
异重流挟沙力、含沙量和冲淤量等的计算均与明流相同，只是现在的水力参数应采纳异重流的。
求解进程
数学模型中一些大体问题的处置，如冲积河流的阻力转变关系、悬移质水流挟沙力、床沙级配计算和冲淤量沿横断面的散布等已在文献[1]中论述过，一维水流、泥沙操纵方程组的离散和数值求解方式也详见文献[1]。
值得指出的是，关于每一计算时段，当断面发生冲洗时，为了幸免床沙级配计算中可能显现负值，特限制任一粒径组泥沙的冲洗量应小于活动层内床沙所能提供的量；当断面淤积时，规定每一时段的淤积总量应小于活动层面积，不然，通过缩短时段来知足。
假设相邻时段水流泥沙条件发生较大转变，如坝前水位骤降等，模型能够通过自动缩短计算时段来实现水沙条件的较平稳过渡，从而使溯源冲洗的模拟水平有了较大的提高。
3模型验证
为了使所建模型适用于预测黄河中游大型水库库区泥沙冲淤进程和趋势，本文选用三门峡水库潼关以下库区1960～1988年共28年的实测水沙系列进行验证计算。
三门峡水库三个不同运用期库区及分河段冲淤总量的验证结果见表1，其中实测值为断面法测量结果。
能够看出，各时段各河段计算的冲淤总量与实测值相差最大为亿m3，一样为亿m3，二者符合良好。
积存冲淤进程和每一年汛期、非汛期的冲淤量也与实测结果符合较好，纵向冲淤分派在定性和定量方面与实际也较为接近。
表1三门峡水库三个不同运用期库区冲淤总量验证（单位：
亿m3）
ComparisonofcalculatederosionanddepositionwiththemeasuredinSanmenxiareservoir
河段
潼关～史家滩
潼关～太安
太安～史家滩
时段
实测
计算
实测
计算
实测
计算
～
～
～
4三门峡水库非汛期运用方式研究
三门峡水库在非汛期一样再也不承担或很少承担防凌任务，为了保证三门峡水库在五、6月份来水较小时能维持1～2台机组发电，需要配合小浪底水库进行春灌蓄水。
为此，经考虑拟定如下运用原那么：
春灌蓄水位尽可能降低，蓄水时刻尽可能缩短，使非汛期淤积的泥沙要紧散布在大禹渡以下，以利于汛期近坝段溯源冲洗时排出库外，淤积结尾限于以下，不阻碍潼关至河段的冲淤，不阻碍潼关高程的起落转变。
总之，要改善三门峡水库的冲淤状况，尽可能多发电。
据此原那么，初步设计了五种非汛期水库运用方案：
（1）方案1，又称“四省会议”方案，即每一年的11月～次年的6月20日操纵水位310m，6月21日～6月30日水库水位慢慢降至305m；
（2）方案2规定，每一年的11月～次年的6月20日操纵水位312m，6月21日～6月30日库水位慢慢降至305m；
（3）方案3为，每一年11月～次年的6月20日操纵水位315m，6月21日～6月30日库水位慢慢降至305m；
（4）方案4为，每一年的11月～次年的3月25日操纵水位312m，3月26～4月20日最小出库流量700m3/s，许诺最高蓄水位319m，4月21日～6月20日库水位慢慢降至312m，6月21日～6月30日水位慢慢降至305m；
（5）方案5的蓄、降水进程和方案4相同，但水位不同，即每一年的11月～次年的3月25日操纵水位315m，3月26日～4月20日最小出库流量700m3/s，许诺最高水位319m，4月21日～6月20日库水位慢慢降至315m，6月21日～6月30日水位慢慢降至305m。
1990～1995年度潼关站非汛期平均来水量亿m3，来沙量亿t，与1993年度非汛期潼关水量亿m3、沙量亿t较接近，因此选择该年度非汛期潼关站的水沙条件（包括逐日流量、含沙量、悬沙级配等）作为上述五个方案计算的依据，起始地形采纳1995年10月份统测的潼关以下库区大断面资料，计算的起止日期为1992年10月20日至1993年6月30日，统计该时段的实测水沙资料，潼关入库水量亿m3，沙量亿t。
水电站发电量按下式估算
E=AQHΔT
（8）
式中E为发电量，千瓦·小时（度）；Q为过机组流量（m3/s），非汛期过机组流量按出库流量考虑；A为出力系数，采纳，事实上不同水位该值有所不同；H为发电水头,m；ΔT为发电时刻，小时。
各方案的计算结果见表2所示。
由表可见，各方案潼关至NFDA2NFDA3河段计算的冲淤量大体一致，说明水库依照这些方案运用对潼NFDA2段的冲淤不产生阻碍。
方案1至方案3的运用进程一样，只是操纵水位不断举高，从库区总冲淤量的计算结果看，方案3例如案二、方案2例如案1淤的多；五个方案中第5方案积存淤积量最大，含有春灌蓄水的方案4例如案3少淤亿m3。
从计算的非汛期发电量来看，大体上与积存冲淤量的大小相对应，即非汛期水库淤积量大，那么发电量也大。
综合起来看，方案4计算的积存冲淤量适中，发电量也偏多一些。
表2三门峡水库非汛期运用各方案计算功效比较
Calculatedresultsofdifferentmodesofoperationinnonfloodseasons
方案
特点水位（m）
各河段冲淤量（亿m3）
发电量
桃汛前水位
最高水位
41-36
36-31
31-22
22-1
41-1
（亿度）
P1
310
310
P2
312
312
P3
315
315
P4
312
319
P5
315
319
5三门峡水库汛期各级流量排沙成效研究
考虑到三门峡水库汛期的调沙减淤任务将要紧由小浪底水库承担，如此就能够够进一步研究水库在不同流量级当库水位降低时的排沙成效，因为从黄河下游河道减淤的需要来看，三门峡水库目前的泄洪排沙流量应大于2500m3/s，但近十几年的实测资料说明，这种流量显现的机率在不断减小，这就需要研究水库在较小流量时降水排沙的可能性。
这次研究共选择了五级入库流量，别离为1000、1500、2000、2500及3000m3/s，持续时刻均为20天，方案依流量从小到大的顺序编号，各方案均采纳操纵最低水位298m敞泄运用。
各级入库流量的含沙量及悬沙级配均按近几年潼关站汛期的实测资料统计得出，方案1至方案5的入库含沙量别离为2五、3五、50、85及96kg/m3。
起始库区地形采纳1996年汛前统测的大断面资料。
水库泄流规模按1990年以后打开9#、10#底孔和扩装2台机组的情形考虑，采纳天津设计院1993年提供的泄流曲线进行计算。
模型输出结果要紧有各级流量下水库持续20天敞泄库区冲洗量和北村流量为1000m3/s的水位转变进程。
计算结果显示，在20天的计算时段内，库区冲洗要紧集中在黄淤31断面以下，潼关以下库区积存冲洗量随着入库流量的增大而增大；当入库流量为1000m3/s时，即便库水位降到298m，库区的冲洗强度也不大，整个计算时段内北村水位降不到309m（北村站稳固水位），相对而言，入库流量为2500m3/s时（方案4）北村水位降至稳固的时刻最短，因为当入库流量达到3000m3/s时，依照目前的泄流规模敞泄，水库产生壅水，库水位超过298m，因此降低了对北村水位的冲洗作用。
表3为三门峡水库1990～1992年汛期低水位排沙期实测的排沙情形统计。
由表可见，流量在2500～3000m3/s和2000～2500m3/s这两级流量范围内水库冲洗强度最大,1500～2000m3/s这级流量的冲洗强度居中，流量小于1000m3/s以后库区冲洗明显减弱，这些与数模计算结果在定性上大体一致。
表3三门峡水库1990～1992年汛期低水位排沙期排沙情形统计
Sedimentdischargingatlowwaterstagesinfloodseasonsin1990-1992
流量级（m3/s）
天数
tg（m3/s）
smx（m3/s）
sjt（m3/s）
冲洗强度（108t/d）
2500～3000
6
2808
2740
2000～2500
16
2255
2220
1500～2000
29
1793
1744
1000～1500
30
1358
1240
500～1000
36
780
736
6结语
1.小浪底水库建成投入运用后，三门峡水库非汛期运用的五个方案计算结果说明，各方案潼关至河段计算的冲淤量大体一致，说明水库依照这些方案运用对潼段的冲淤不产生阻碍。
从计算的非汛期发电量来看，大体上与同期积存淤积量成正比。
从减少库区淤积及增加电站出力两方面综合考虑，水库非汛期运用的第4方案较好。
2.小浪底水库运用后，三门峡水库在汛期能够依照入库水沙条件和发电需要选择排沙流量，依照对汛期不同流量级的冲洗计算与各流量级排沙的实测结果来看，库区积存冲洗量随着入库流量的增大而增大，从北村水位降至稳固所需的天数来看，当入库流量为1000m3/s时，整个计算时段内（20天）北村水位降不到309m，流量2500m3/s、3000m3/s两个流量级与流量1500m3/s、2000m3/s流量级
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