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水库下游河道冲刷计算

研究水库蓄水后,下游河道冲刷过程及冲刷相对平衡情况所进行的计算。其任务是为分析研究水库蓄水后下游河道冲刷对航运、防洪及其他有关国民经济各部门的影响,提供定性和定量成果。并为枢纽电站及船闸设计、下游河道整治工程、两岸引、排水工程以及堤岸防护、桥渡、港口码头的设计提供依据。水库下游河道冲刷属于一般冲刷。水库蓄水后改变了下游河道天然来水、来沙特性,破坏了河道原有的平衡状态。

研究水库蓄水后,下游河道冲刷过程及冲刷相对平衡情况所进行的计算。其任务是为分析研究水库蓄水后下游河道冲刷对航运、防洪及其他有关国民经济各部门的影响,提供定性和定量成果。并为枢纽电站及船闸设计、下游河道整治工程、两岸引、排水工程以及堤岸防护、桥渡、港口码头的设计提供依据。

水库下游河道冲刷属于一般冲刷。水库蓄水后改变了下游河道天然来水、来沙特性,破坏了河道原有的平衡状态。大型蓄水水库下泄的几乎是清水。滞洪水库出库沙量虽然减少不多,运用初期均可造成下游河道冲刷。水库下游河道冲刷有自上向下,长距离发展的趋势,通过调整河床组成(河床粗化),调整河床断面和纵向比降,逐步达到相对平衡。

水库下游河道冲刷计算与水库淤积计算均属于河床变形计算。水库下游河道冲刷计算的基本方程与水库淤积计算的基本方程相同。即水流连续方程式(或水量平衡方程式),水流运动方程式,泥沙连续方程式(即沙量平衡方程式),见水库淤积计算中(1)、(2)、(3)式。

水库下游河道冲刷计算所需资料,主要有水库下泄水文泥沙资料,包括流量、悬移质输沙率及泥沙粒径资料,水库下游河道地形图或有代表性的横断面图,沿程各级流量的糙率系数,沿程河床组成级配资料(包括表层和深层河床组成级配资料),以及卵石层或基岩顶部高程。

水库下游河道冲刷计算根据任务要求,可采用冲刷过程计算或平衡情况估算。

冲刷过程计算主要采用有限差法(见水库淤积计算)。计算过程中,如果某一河段的冲刷基面已达到基岩或卵石层,或卵石夹层的极限冲刷深度时,该河段河床停止冲刷。水库下游河床如果为卵石夹沙组成,当床面受冲,形成粗化层后即可达到稳定,不继续冲深。按照粗化层中粗化颗粒的重量与原河床组成中粗化颗粒的重量相等的条件,极限冲刷深度估算方程式为:

水库下游河道冲刷计算

式中 p0为粗化颗粒占原始河床组成重量的百分数,可根据河段最大冲刷流速算得的不冲颗粒的下限粒径,从原始河床级配曲线查得;p1为粗化层中粗颗粒所占重量的百分数,根据永定河官厅水库下游实测资料,可以近似取65%;⊿h为极限冲刷深度(米);dm为粗化层的厚度(米),根据官厅水库下游实测资料,可以近似取全部粗化颗粒的中值粒径;n0和n1分别为原始河床组成和粗化层的孔隙率。

水库下游河道冲刷平衡情况估算。水库下游卵石夹沙河床的极限冲刷深度估算方法,已如上述。对于沙质河床的极限冲刷深度,可假定当河床冲刷后流速降至泥沙的起动速度时,河床不继续冲刷,处于相对平衡状态。因而可以联解均匀流运动方程式、水流连续方程式、泥沙起动流速方程式及河相关系式,得出表达冲刷相对平衡阶段的比降、平均水深和河宽的关系式:

水库下游河道冲刷计算

如果河岸是不可冲刷的,河宽为定值,则表达冲刷相对平衡阶段的比降和平均水深的关系式为:

水库下游河道冲刷计算

式中 J、h、B分别为河道比降、平均水深、河宽;Q为流量;d为床沙粒径;n为糙率系数;ξ为河相关系系数。

水库下游河道冲刷终止点称为冲刷基点,一般是两岸均有控制的窄河段上游、干支流或湖泊出流汇口处,应经过调查分析选定。冲刷基点选定后,根据计算的比降和平均水深得出冲刷相对平衡阶段的河床纵剖面和水面曲线。河床纵剖面应不低于基岩、卵石层和卵石夹沙层粗化后的顶部高程。