三峡水库泥沙絮凝可能性分析.pdf

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1、泥沙研究2016年2月JournaIofSedimentResearch第1期文章编号：0468—155X(2016)01-0014-05三峡水库泥沙絮凝可能性分析何芳娇，吉祖稳，王党伟，夏建新(1．中央民族大学生命与环境科学学院，北京100081；2．中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京100038)摘要：泥沙淤积是水库运行面临的难题，絮凝是影响泥沙淤积的主要因素之一，三峡水库絮凝研究对合理规划水库的运行调度方式具有重要意义。本文通过分析三峡水库庙河段至坝前汛期实测数据，包括泥沙粒径、水温、盐度和水流速度，结合已有泥沙絮凝影响因素的研究成果，利用模

2、糊综合评判法分析了三峡水库泥沙絮凝的可能性并加以验证。计算结果显示指标均处在絮凝临界范围和有利于絮凝的范围内，模糊评价结果是三峡水库泥沙存在絮凝的可能性较大，实测数据验证了三峡水库庙河段至坝前汛期存在粒径较大的絮团，进一步证实了三峡水库存在泥沙絮凝现象。关键词：絮凝；三峡水库；模糊评判法中图分类号：TV142．1文献标识码：ADOI：10．16239／j．cnki．0468—155x．2016．01．003三峡水库总面积达1084km，库区多数为坡地，由于移民搬迁，坡地的耕垦率高达43．7％。，造成了严重的水土流失。虽然水库可以拦截上游大量泥沙，但大坝的修建会降低河流的输沙能

3、力，库区水深增加会对周边水环境乃至边坡安全产生很大影响，泥沙落淤严重时会使得库容淤塞，引发碍航现象。絮凝是影响泥沙淤积的主要因素之一。三峡水库细颗粒泥沙是否存在絮凝，对水库淤积情况评估，运行调度等具有重要影响。由于河口咸淡水相互交替的特征，针对河口的细颗粒泥沙的絮凝沉降研究起步较早，目前已有大量报道，但针对库区泥沙的絮凝沉降问题报道较少，个别研究提到过三峡库区有可能发生絮凝。唐将发现三峡库区存在大量有机质和金属离子，为絮凝提供了基本条件。尹小玲等发现库区淤积的细颗粒泥沙比例较大，认为是絮凝的结果。董年虎等对库区的泥沙运动进行了数值模拟，在考虑絮凝情况下的模拟结果更为准确。然而

4、，现有研究对是否存在絮凝都没有直接的证据，也没有给出明确结论。三峡水库观测资料显示，运行十年来超过90％的悬移质泥沙不是淤积在库尾，而都淤积在常年回水区内。同时，淤积泥沙的中值粒径为0．01mm左右，此类粉砂一般被认为是冲泻质而难以落淤⋯。这些现象是否由絮凝引起，引发了水利工程界的较大争议。絮凝一旦存在，库区的泥沙运动规律将会发生较大变化，对泥沙运动的模拟以及航道的整治会产生巨大的影响。本文通过分析三峡水库庙河段至坝前汛期实测数据，结合已有泥沙絮凝影响因素的研究成果，利用模糊评判法分析了三峡水库泥沙絮凝的可能性，并进行验证。1三峡水库实测数据依据2013年三峡水库庙河段至坝前

5、汛期实测数据对三峡水库汛期进行絮凝可能性分析，数据包括收稿日期：2015—06～24基金项目：十二五科技支撑项目(2012BAB04B02)；流域水循环模拟与调控国家重点实验室开放研究基金项目(2014ZY05)；国家自然科学基金项目(51179213、51209238、51339008)作者简介：何芳娇(1990一)，女，河北保定人，硕士研究生，主要从事水环境科学研究。E-mail：hefangjiao1990@sina．com14现场测得的颗粒粒径级配、水温和流速，以及实验室利用马尔文激光粒度仪测量的分散颗粒粒径级配，利用ICP—MS测量的泥浆上清液中主要电解质浓度。1．

6、1泥沙粒径级配土壤胶体颗粒粒径是影响絮凝的一个重要因素。只有当泥沙颗粒小到一定程度时，颗粒间的黏结力才会超过颗粒自身的重力产生絮凝等现象。将所取悬移质泥沙按实验规范确保泥沙处于单颗粒状态下测量级配，测量结果如图1。此组泥沙单颗粒状态下的中数粒径为0．007mm，经过多次取样测量，水库泥沙中数粒径在0．006～0．011mm范围内，平均中数粒径为0．O08mm。Mehta⋯认为黏性泥沙和非黏性泥沙的分界粒径可取为0．020ram，由粒径划分三峡水库泥沙属于黏性泥沙，为絮凝提供了基础条件。1．2水温图2为三峡库区坝前监测点温度随水深平均变化图，观测时间为2013年汛期7月15日至

7、18日连续四天。由图可以看出，三峡水库坝前温度变化幅度不大，在26．0—26．4℃范围内波动，水库表面到水底温差较小。27026．8266264丑26-2lⅢp26O巢25．8赠毯256乓25．425．225OO2O406O80100120140水深H／m图l泥沙单颗粒状态粒径级配图2坝前监测点温度随水深变化Fig．1PrimarysedimentparticlesizedistributionFig．2TemperaturevariationofMonitoringpointsinfrontofdam