三峡水库挖沙减淤方法及机理研究

水库淤积是世界级难题，三峡水库泥沙淤积更是重大的科学问题，传统减淤措施存在一定局限性。本项目在初步提出水库挖沙减淤方法的基础上，以三峡水库为研究对象，采用实测资料分析和数值模拟的手段，针对挖沙减淤机理展开深入的研究。根据河床演变学和河流动力学的基本理论，分析挖沙后库区冲淤平衡坡降变化、变动回水区演变规律，揭示挖沙减淤的内在规律和调整机理；针对水库挖沙情景建立概化模型，研究挖沙设置与粗沙拦截比例、平衡坡降减缓比例的定量关系，提出挖沙设计原则；根据原则对三峡挖沙进行初步设置，利用模型计算对比各方案，提出三峡水库挖沙的最优设置。通过本项目研究，可望在理论上阐明水库挖沙条件下水流、泥沙与河床的相互作用机理，拓展河床演变学和河流动力学的研究思路和方法；在应用上为水库挖沙实施及方案制定奠定理论基础，为三峡等大型水库的淤积治理提供技术支撑。

水库淤积是世界级难题，三峡水库泥沙淤积更是重大的科学问题，传统减淤措施存在一定局限性。本项目针对水库长期存在的泥沙淤积，提出水库挖沙减淤方法，研究并阐明水库挖沙减淤机理。主要内容和重要结果如下：.（1）提出了水库库尾挖沙减淤方式。在水库回水末端适当位置设立固定的挖沙河段，利用挖泥船等设备集中采集入库粗沙，达到减少淤积量、降低淤积面和回水线的目的。该减淤方式具有减淤效率高、效果可靠等特点。.（2）分析和研究了水库挖粗沙的减淤机理。河道型水库泥沙具有分选淤积特征，粗沙集中沉积在库尾变动回水区；基于此提出在库尾设置挖沙段挖粗沙，综合挖沙段自身淤沙与集中粗沙过程，挖沙段对粗沙拦截比例很大，挖除效率也较高。挖粗沙后库区河道水动力条件改变，由下至上推动整个水库的减淤演变。.（3）针对水库挖沙情景建立概化模型，研究挖沙设置与粗沙拦截比例、平衡坡降减缓比例的定量关系，提出了三峡水库挖沙设计原则，即挖沙段地理位置设置在水库最小回水范围内的涪陵-铜锣峡河段（距坝595-490km）内，挖沙段长度宜取5-15km左右。.（4）利用水库泥沙数学模型，对三峡水库挖粗沙减淤进行了大量的方案计算。模拟结果表明所有方案均能使水库淤积量减少。对比各方案，选择减淤效果最优的石家沱挖沙段（长9.1km）为三峡推荐挖粗沙方案。60s水沙条件下，最优挖沙方案石家沱挖沙段平均每年挖粗沙3800万方，100年可使水库总淤积量由原来的177.4亿减至140.4亿方，重庆以上和变动回水区中下段减淤比例分别达39%和63%，百年淤积深泓比原方案下降0.9-12.3m，回水线下降1.1-7.9m。挖沙段对粗沙的拦截比例高达77%，挖沙中有资源价值的粗沙比例近50%。. 本项目利用大量实测资料分析、理论推导和模型计算，研究了三峡水库挖沙减淤方法及机理，有利于更加深入了解水库水流与泥沙的运动规律，揭示影响库区河床演变的关键因素，为水库挖粗沙减淤方式提供理论基础，对河流动力学学科发展具有一定科学意义。