水库维悬移质输沙数学模型验证

按照上述基本方程组长江科学院研制了HELIU-1软件，采用上荆江严家台放淤区、下荆江中洲子裁弯、武汉河段、川江臭盐碛和扇子碛河段等长江河道实测资料对该模型进行了验证计算。在三峡工程可行性研究中，为了提高三峡水库泥沙淤积预报的可靠性，又利用长江葛洲坝水库和汉江丹江口水库的实测资料进行了长系列年的验证计算，其验证成果分述如下。

（一）长江葛洲坝水库的验证计算

葛洲坝水利枢纽1981年第一期工程完成，水库开始蓄水运用，1986年二期工程主体建筑物基本完成，大江电站第一台机组并网发电。水库冲淤验证计算采用1981～1987年水库实测资料。

葛洲坝水库进口设有奉节水文站，坝下游6.0km处的宜昌水文站为水库的出库控制站，两站水沙特性及奉节站（1981～1987年）实测入库水沙量列入表3-39。由表可见，1981年和1984年为中水丰沙年，1983年为中水偏丰沙年，1986年为小水少沙年，其余3年均为中水中沙年，7年进库水量平均值为4231亿m3，沙量平均值为5.68亿t，均略大于奉节站多年水沙量平均值。

图3-70　葛洲坝枢纽坝前历年月平均水位的变化过程

葛洲坝水利枢纽为低水头径流式电站，日平均水位变幅一般不超过±0.5m，按设计要求坝前正常蓄水位为66m，但由于工程分期进行施工，坝前实际运用水位也是逐步抬高，1981～1987年坝前实际运用水位变化见图3-70。由图3-70可见，1981年6月5日坝前水位已升至60m，1982年至1986年5月水位变化于60.0～63.5m之间，1986年6月～1987年底水位抬至64.0～66.3m之间，这时坝前水位已基本达到了设计运用水位。从坝前水位变化过程图可以看出，水位稳定在63.5m的时间最长，这是几年来水位运用中的一个特点。

验证计算的计算断面是以1979年12月本河段实测固定断面（G1—G116）资料作为初始断面，在坝区段另加4个断面，库区计算断面共计120个；进库水沙量为奉节水文站1981～1987年实测逐日平均流量和含沙量；坝前水位为坝前水尺实测逐日平均水位值。

表3-39　奉节、宜昌站的水沙特征

1.库区冲淤量的年际变化

将各年库区计算的冲淤量（简称计算值），与库区用固定断面法实测的冲淤量（简称实测值）一并列入表3-40。

表3-40　库区的冲淤计算值与实测值　单位：亿m3

从表3-40可看出，1981～1983年库区实测值与计算值除1982年偏差稍大外，其余两年基本一致，而1984年、1985年和1987年实测值与计算值冲淤则相反。从累积淤积量的对比中，前5年计算值为1.6亿m3，大于实测值1.45亿m3，两者相差仅10%。库区7年总淤积量的计算值为1.82亿m3，大于实测值1.26亿m3，两者相差44%。

2.冲淤量的沿程分布

葛洲坝水库蓄水运用7年来，库区（坝址—G116）淤积量实测值为12563万m3，计算值为18171万m3。常年回水区段（坝址—G48）长68.88km，7年实测淤积量10736万m3，计算值为16745万m3，计算值大于实测值。变动回水区（G48—G116）长136.64km，实测淤积量为1827万m3，计算值为1444万m3，计算值与实测值比较接近，见表3-41。

表3-41　葛洲坝水库沿程冲淤量计算与实测值的比较　单位：万m3

各年计算的淤积量分布在坝址至G93断面之间的库段，G93—G116库段无冲淤。实测淤积量则分布在库区（坝址—G116）各河段，G93—G116库段有冲有淤，其量甚少。说明计算与实测库区淤积的主要部位基本一致。1981年库区各河段普遍淤积，计算与实测对应。1982年坝址—G53段以淤积为主，G53—G116段以冲刷为主，在冲淤定性上计算与实测对应，仅在某些河段冲淤数量上有所差别。1983年各库段在冲淤定性及冲淤量方面，计算与实测基本对应。自1984年以后，库区某些河段的计算值与实测值出现冲淤相反的现象，其原因有待进一步分析。

3.库区淤积量的年内变化

1981～1982年库区的固定断面每年末观测1次，因此可以分析淤积量的沿程分布，而无法分析淤积量年内沿时程的变化。自1983年后每年汛期9月份加测G1—G35固定断面1次，统计得年内两时段的冲淤量，列于表3-42。虽然G1—G35库段仅为库区的一部分，但全库的淤积量主要集中在该库段，其年内的冲淤变化，基本上反映了库区年内冲淤变化规律。表中所列前1年的12月至当年的9月时段，其中包括有当年的汛期，汛期的来水来沙在时段内起主要作用，该时段G1—G35库段各年均为冲刷，9～12月时段各年均为淤积。水库汛期（6～9月）多年平均入库水量占全年的74%，平均入库沙量占全年的86.5%，因此12～9月时段基本反映了汛期来水来沙条件，表3-42的数据说明了库区汛期冲刷、非汛期淤积的规律。

为了与实测的G1—G35库段冲淤量进行对比，将相应库段的冲淤量按汛期与非汛期统计列入表3-43。可见G1—G35库段除1981年、1982年、1986年外，其余几年汛期全为冲刷，而7年的非汛期均为淤积。计算与实测的冲淤规律基本一致。(www.xing528.com)

表3-42　G1—G35段年内冲淤的实测值　单位：万m3

表3-43　葛洲坝水库G1—G35库段年内冲淤的计算值　单位：万m3

（二）丹江口水库的验证计算

丹江口水利枢纽位于汉江丹江口下游0.8km处，该水库是由汉江与其支流丹江两个库区组成，观测断面布置见图3-71，主要淤积发生在汉江部分。水库1968年开始蓄水运用。70年代的头3年属正常调度，后7年属非正常调度，特别是1976～1979年，坝前年平均水位在136.54～141.73m之间，库水位变幅大，超低水位运用时间长。80年代以后，转入水库正常运用阶段。1980～1985年，坝前年平均水位均在150m以上。验证计算选用水库的汉江干流库区1968～1985年共18年的资料。

1.总淤积量

计算的淤积重量与实测水库进出口站悬移质输沙量差值，以及计算的淤积体积与按实测断面计算的淤积体积比较列于表3-44及图3-72。

图3-71　丹江口水库断面的布设图

表3-44　丹江口水库汉江干流库区淤积总量的计算值与实测值

图3-72　丹江口水库汉江库区淤积量的比较

由表3-44及图3-72可见，计算的淤积质量与水库实测的淤积质量基本一致，其误差为7.5%。但计算的淤积体积与实测的淤积体积误差达23.3%，误差大的原因是多方面的。原因之一是实测的淤积体积包括了推移质，而计算中未包括推移质泥沙。

2.淤积分布

根据历年回水变动的范围、冲淤特性和淤积物组成的沿程变化等特点，将汉江库区大致划分成2大区5小段。验证计算与实测的成果都按划分的库段列于表3-45。从表中可以看到：纵向分布是两头少，中间多，其中坝前峡谷段淤积较少，变动回水区中上段基本无累积性淤积。常年回水区淤积量大于变动回水区。水库运用18年以来，常年回水区计算淤积量为6.576亿m3，占计算总淤积量的96.6%；实测淤积量8.25亿m3，占实测总淤积量的93%。计算与实测淤积部位基本相似。变动回水区的中、下段验证计算成果与实测资料误差比较大，原因是在这两段河道中，实际落淤的是粗、中沙和小砾石，而验证计算中未包括推移质。

表3-45　丹江口水库汉江干流库区分段淤积量的计算值与实测值　单位：亿m3

3.库区水位

丹江口水库通过18年的运用，由于库区泥沙淤积，库区各断面水位均有不同程度的抬高，表3-46列出了变动回水区30号、35号、40号、48号、55号断面1977年和1980年部分时段计算与实测水位值，从表中可以看出，计算值与实测值差别不大，符合较好，进一步说明了泥沙数学模型的可靠性及计算成果的合理性。

表3-46　水库计算水位与实测水位的比较　单位：m