长江水沙变化条件下三峡水库泥沙淤积响应机理及演变趋势研究

Reservoir sedimentation is one of the focus and difficult problems of the Three Gorges Project (TGP). The flow and sediment discharges are undergoing significant changes since the operation of TGP, and the actual sedimentation shows remarkable differences compared with demonstration phase: deposition decreases, wash load deposits due to flocculation at wide reaches, no deposition occurs at gorges due to surplus sediment carrying capacity. However, the sedimentation response mechanism and evolution trend are still not fully clarified. The sedimentation response mechanism and evolution trend of the Three Gorges Reservoir (TGR) under the changes of flow and sediment discharge of Changjiang River is proposed in this study, providing great scientific and engineering significances..Prototype observation, theoretical analysis, and 2-Dimensional mathematical model are planned to be used. Firstly, determine the influence of hydrodynamic conditions on flocculation through prototype observation. Secondly, analyze the surplus sediment carrying capacity and its critical condition based on theoretical analysis of measured data. Finally, establish the 2-Dimensional mathematical sediment transport model and predict the deposition trend and equilibrium state of TGR, such as the unified equilibrium bed, total deposition and its distribution..The research achievements will enrich the basic scientific problem of river dynamics theoretically, and provide technical supports for the operation of TGP (including impounding water in advance, medium and small flood dispatching, et al.).

水库泥沙淤积问题是三峡工程的焦点和难点问题之一。三峡运行后长江上游水沙条件发生变化，实测泥沙淤积较论证阶段出现显著差异：淤积量减小、宽谷段冲泻质絮凝淤积、峡谷段具有富余挟沙力而无累积性淤积，但对库区泥沙淤积响应机理和演变趋势的认识还相对薄弱。本课题提出长江水沙变化条件下三峡水库泥沙淤积响应机理及演变趋势研究，具有重大的科学理论价值和工程实践意义。.拟采用原型观测、实测资料理论分析、二维数学模型相结合的研究手段。首先通过原型观测研究库区水动力条件对泥沙絮凝的影响规律；然后基于实测资料分析库区峡谷段的富余挟沙力及其产生的临界条件；最后建立全库区二维水沙动力学模型，预测新水沙条件下的库区泥沙淤积演变趋势，并讨论三峡库区淤积平衡状态，包括平衡比降、淤积总量及其分布等。.研究成果将在理论上丰富河流动力学的基本科学问题，在实践上为制定三峡枢纽的运行调度（包括提前蓄水和中小洪水调度等）预案提供技术支撑。

水库泥沙淤积问题是三峡工程的焦点和难点问题之一。三峡运行后长江上游水沙条件发生变化，实测泥沙淤积较论证阶段出现显著差异：淤积量减小、宽谷段冲泻质絮凝淤积、峡谷段具有富余挟沙力而无累积性淤积，但对库区泥沙淤积响应机理和演变趋势的认识还相对薄弱。本研究采用原型观测、实测资料理论分析、二维数学模型相结合的手段，首先通过原型观测研究库区水动力条件对泥沙絮凝的影响规律，然后基于实测资料分析库区峡谷段的富余挟沙力及其产生的临界条件，最后建立全库区二维水沙动力学模型，预测新水沙条件下的库区泥沙淤积演变趋势，并讨论三峡库区泥沙淤积平衡状态等。.（1）三峡库区细颗粒泥沙絮凝特性.三峡库区细颗粒泥沙发生絮凝的比例超过60%，主要是轻中度絮凝，絮凝度最大为10-30。临界粒径为0.018mm左右，小于临界粒径的泥沙发生絮凝，否则难以絮凝。临界流速为0.7m/s左右，低于临界流速促进絮凝，超过临界流速则破坏絮凝。临界含沙量为0.5-0.8kg/m3，小于临界含沙量时絮凝较弱，超过后絮凝相对稳定。.（2）三峡库区的富余挟沙力特性.三峡库区各河段挟沙力随水位抬高而降低，宽谷河段挟沙力普遍降至含沙量以下，但峡谷河段挟沙力降低后仍大于含沙量而产生富余挟沙力，库区峡谷宽谷交错导致富余挟沙力空间上交错分布。不同时期入库流量不同，流量越大导致峡谷河段的富余挟沙力越大，但宽谷河段的挟沙力越小于含沙量。.（3）三峡库区泥沙淤积演变趋势.建立了三峡水库整体二维河道演变预测模型，三峡运行十年以来的河道演变过程计算误差小于15%，重新评估新水沙条件下库区淤积平衡量由论证阶段的160亿方降至约50亿方，泥沙分散淤积在常年回水区的宽谷河段而非普遍的三角洲淤积，无形成统一平衡比降的趋势。.长江水沙变化条件下三峡水库泥沙淤积响应机理及演变趋势研究成果，在理论上丰富河流动力学的基本科学问题，在实践上可为制定三峡枢纽的运行调度预案提供技术支撑。