《河道型水庫泥沙分選沉積及粗沙對淤積作用實驗研究》是依託清華大學，由周建軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：河道型水庫泥沙分選沉積及粗沙對淤積作用實驗研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：周建軍
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
河道型水庫是主要的大型水庫類型，泥沙問題沒有很好解決，影響工程效益和水庫可持續性。不均勻泥沙沿程分選沉積是決定淤積強度和形態的重要結構特徵，不同粒徑泥沙的力學和沖淤性能相差很大，占入庫比例很小的粗沙對水庫平衡淤積坡降和淤積量影響很大。分選淤積是一個明顯的物理現象，但受水庫運行方式、水沙條件、水庫斷面變化、淤積過程和回水變化等複雜因素影響，實際水庫分選情況非常複雜。同時，水庫淤積形態和坡降受泥沙粒徑影響很大，分選沉積與淤積坡降是同一過程的微觀與巨觀表現。準確認識沿程泥沙分選沉積規律及粗沙作用對合理管理水庫泥沙、減少淤積和下游影響、提高工程效益都具有重要意義。因此，本研究擬利用長實驗水槽模擬理想水庫回水條件下不均勻懸沙分選沉降、不平衡輸沙和坡降變化，分析粗沙對水庫淤積和沖淤平衡坡降的影響，認識水庫淤積規律，為研究淤積控制、淤積泥沙利用和為檢驗數學模型等提供提供科學依據。
結題摘要
當前，大壩已徹底改變下遊河流泥沙等通量。2003年以來，三峽下泄泥沙減少91%(長江入海減少70%，而且將繼續減少)，2000年以來黃河入海沙量減少96%。水庫攔沙的直接後果是清水沖刷引起下遊河流地貌格局變化，河流環境和生態條件改變或導致環境容量降低，水庫淤積使工程可持續性受到挑戰。因此，認識水庫淤積機制對流域科學開發和河流保護具有重要意義。我們研究發現，三峽等大型河道水庫具有明顯分選淤積規律，這一特徵對水庫淤積控制和下遊河流生態修復都具有重要意義。在自然科學基金項目支持下，主要開展了大型水槽懸移泥沙分選淤積實驗、不均勻泥沙懸浮動力機理實驗、不平衡輸沙理論研究、水庫淤積粗泥沙對下遊河流作用及應對策略、水庫挖粗沙減淤對策和水庫分選淤積對下遊河流磷及營養結構影響等方面工作。除大型水槽實驗因遇到很多問題(目前多數具體問題已解決)還在繼續進行外，本研究取得下列主要結果：1、 通過機理實驗，提出一個比原來平衡泥沙濃度更能反映不均泥沙挾沙能力的動力度量指標—沉降通量()，實驗表明給定紊動動能懸浮不同泥沙的是不變數。由這一認識可推導出分組挾沙能力，對構建符合不均勻特性的不平衡輸沙模型具有關鍵意義。採用上述實驗認識，提出一個新的不平衡輸沙模型(尚需嚴格檢驗後發表)。對比大型水槽實驗數據，過程模擬結果比原模型顯著改善。套用到平面二維數學模型後，成功刻畫出多沙遊蕩河型變化過程。這一成果可望提高泥沙數學模型理論水平。2、提出了沖積河流中關鍵少數粗沙對水庫和下遊河道平衡坡降影響的經驗關係，表明在水庫特定位置挖粗沙可大幅度降低淤積、在下游適量增加這種粗沙則可顯著抑制清水沖刷幅度。提出三峽下游拋少於3000萬t/a粗沙可抑制荊江持續沖刷，利用三門峽和小浪底攔截並轉移粗沙5000萬t/a可使黃河下遊河床不抬高。這些認識對研究江河長遠治理策略有重要理論價值。3、研究了大型水庫分選細沙和磷淤積規律及其對下遊河流磷通量影響。表明河流磷與泥沙高度相關、磷密度決定於泥沙面積濃度，三峽蓄水後進入長江中下游總磷減少75%，水庫調節永久改變下遊河流磷過程節律，非汛期下游將永遠處於清水和少磷狀態，河流和河床磷補給/調節機制破壞。同時，水庫攔截大幅度提高下游水域氮磷比、改變營養結構，不利於水域生物提取營養，進一步抬高已不斷增加的河流碳、氮等物質相對量。這些結果有助於完善我們對大壩生態效應認識、保護下游生態系統。
