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1、1FCD 12020 FCD水利水电工程 初步设计阶段低坝(闸式)枢纽泥沙冲淤分析计算 大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1996 年 10 月2工程初步设计阶段低坝(闸式)枢纽泥沙冲淤分析计算大纲主 编 单 位:主编单位总工程师: 参 编 单 位:主 要 编 写 人 员: 软 件 开 发 单 位: 软 件 编 写 人 员: 勘测设计研究院年 月3目 次1. 引 言 .42. 设计依据文件和规范 .43. 基本资料 .44. 设计原理和假定.55.入库输沙量计算.66.水库泥沙设计.97.应提供的设计成果.13附录 A .17附录 B.1841 引 言1.1 低水头、低坝(闸式)引水枢纽，工
2、程泥沙问题一般都严重，必须重视水库泥沙调度方式研究和枢纽引水防沙设计。必要时应开展专题研究。1.2 工程概况提示: 简介工程的地理位置、主要功能和主要特性参数。2 设计依据文件和规范2.1 有关工程和本专业的文件(1) 规划与可行性研究阶段的设计报告、泥沙专题报告和审查意见；(2) 总工程师或设计总工程师下达的任务书、设计大纲，以及有关专业对泥沙设计提出的书面要求。2.2 设计依据的主要行业标准(1) SD 30388水电站进水口设计规范；(2) SD 13084水利水电工程水库淹没处理设计规范。2.3 主要参考资料(1) 水利水电工程泥沙设计规范(报批稿)；(2) 水利水电工程沉沙池设计规范
3、(送审稿)。3 基 本 资 料3.1 基本资料的收集3.1.1 库区地形图比例尺不宜小于 1/10000，纵横断面图必须包括水下地形。提示: 纵断面图上库底高程为深泓高程。横断面布设应控制水库地形的变化，断面条数应满足库容和淤积量的计算精度。引水式枢纽进水口附近应布设横断面，水库长度较短的工程，横断面不宜少于 6 条。横断面间距，在地形图上按正常蓄水位高程，量取相邻两横断面间的几何中心长度。由断面法计算的库容与地形法量算的库容误差不超过5%。3.1.2 库区实测天然水面线资料提示: (1) 天然水面线主要用于推求天然河道综合糙率，若无资料应布置水面线测量任务。(2) 收集的实测天然水面线，不宜
4、少于丰水、中水、枯水三条。亦可在库区设立数组水尺，利用水位流量关系获得天然水面线。53.1.3 若设计依据水文站或工程所在河流，未开展推移质测验，则应收集床沙颗级配。提示: 一般通过试坑法获得床沙(又称河床质)颗粒级配。试坑所在河段应满足推移质输沙平衡，即推移质与床沙交换充分的条件。床沙颗粒级配是确定河段推移质输沙量的主要资料，试坑位置断面附近要有水力因素资料。如水位流量关系、水位面积关系等。当水库分支时，干、支流要分别进行取样。支流试坑位置不能位于河口段，避免受干流洪水顶托。受垮山、泥石流、人类活动影响显著的河床，严禁取样。取样时间一般选择在枯水期，试坑要尽量接近洪水期主泓线。卵石河床的试坑
5、位置，要根据水流和泥沙运动条件选择，一般在滩头(上游)、滩中、滩尾(下游)选择三个或更多位置，进行对比分析。试坑面积一般在 1m2左右，深度不宜小于 2 倍最大粒径。沙质河床可用环刀等工具取样，沙样在晒(烘)干后，用标准筛筛选称重。3.1.4 设计依据水文站历年逐月、逐月平均流量、悬移质含沙量、输沙率，年输沙量，历年逐月平均悬移质颗粒级配和水温资料。若无悬移质颗粒级配整编资料，应收集实测悬移质断面平均与相应单位水样颗粒级配资料，若未进行颗粒级配测验，应采集洪水期悬移质沙样进行颗粒级配分析。若设计依据水文站，或工程所在河流上已开展推移质测验，也要收集其历年逐月输沙率、输沙量和推移质级配资料。必要
6、时，应收集工程所在流域内有关水文站的水文、泥沙测验资料。3.1.5 应了解设计工程上、下游已有和在建水利水电工程的工程特性，水库运行方式，泥沙冲淤实测资料或计算成果，尤其是泥沙出库率、出库含沙量和出库颗粒级配等资料。3.2 基本的资料的整理和评价3.2.1 对收集的库区地形、水面线、床沙颗粒级配等资料，应进行整理、可靠性分析和评价。提示:若地形图是由比例尺相差很大的地形图拼凑，断面系不同部门或不同年代的测绘成果，则需要对其精度作出分析，必要时应进行补充测量。3.2.2 整编收集到的水文站泥沙资料时，应进行合理性检查。对可靠性差的整编资料要进行修正。若无法修正要舍弃。当水文站的流量资料已进行修正
7、，相应的输沙率资料也应进行修正。水文站附近因修建公路或其它建设，大规模的土石方开挖，也可能引起实测含沙量突然增加，而相应的流量过程却无显著变化，对这些可疑的数据也应分析，进行修正或舍弃。提示:检查方法：一般通过对比分析，如对比本站流量、含沙量过程线，上、下游水文站流量、含沙量、输沙率过程线等。4 设计原理和假定64.1 根据入库输沙量、含沙量、水库功能、制约条件等，分析工程泥沙问题，确定泥沙设计的主要内容。提示: (1) 对有调节性能的水库，设计的主要内容是长期保持调节库容。(2) 工程修建在推移质问题严重的河流上，设计的主要内容是防止推移质进入取水口。(3) 工程修建在已通航河流上，设计的主
8、要内容是：应满足库区和上引航道的通航条件；应满足下游河床变形后的下引航道和下游的通航条件。(4) 若水库末端有不允许淹没的控制高程，设计的主要内容是控制淤积部位和水库回水高程。(5) 修建在河流含沙量较大，泥沙颗粒较粗，矿物成份以硬矿物为主的中水头、高水头电站，防止水轮机磨损，论证是否修建沉沙池，或沉沙池替代方案是泥沙设计的主要内容。(6) 若工程有长期保持调节库容，推移质问题严重，已通航河流等多制约条件，则设计内容应全面综合考虑。4.2 根据泥沙设计主要内容，拟定水库泥沙调度方式、枢纽布置形式、引水防沙设施等方案。4.3 根据拟定的方案，在水库冲淤、下游河床变形、回水计算等分析计算成果基础上
9、，分析研究拟定方案解决工程泥沙问题的可行性，提出应开展的专题研究和应进行的模型试验。4.4 进行方案比较，综合分析，合理确定设计成果。5 入库输沙量计算5.1 流域产沙分析5.1.1 根据泥沙测验资料，分析上游产沙的地区分布。提示: 统计干流水文站实测泥沙资料，分析主要产沙地区分布。再统计主要产沙地区的支流水文站泥沙测验资料，分析确定泥沙主要来源地区。若上游流域内开展泥沙测验的水文站很少，甚至没有，可通过输沙模数图、已建水库淤积资料等途径分析产沙地区分布。5.1.2 推移质严格的河流，对主要产沙区进行查勘、调查，了解泥石流沟的分布及活动情况，分析推移质主要来源地区和产沙成因。5.2 悬移质5.
10、2.1 根据水文站与坝(闸)址集水面积相差较小，泥沙测验系列较长、项目较全、资料可靠7性较高等条件，选择设计依据水文站。提示: 设计依据水文站泥沙资料系列不足 20 年，应插补延长系列。一般通过相关插补延长系列。条件是有较好的相关关系及具有较长的插补资料，通常使用设计依据水文站流量(径流量)与输沙量(输沙率)，流量与含沙量相关插补延长，流量(径流量)、输沙量(输沙率)、含沙量可为年、月、日平均值；亦可用汛期流量与年输沙量相关。山区卵石河床，若上、下游水文站泥沙测验系列较长，且资料可靠，可通过上、下游相关插补延长设计依据水文站泥沙资料，沙质河床应考虑河道冲淤变化。5.2.2 特殊情况的资料处理提
11、示: (1) 上游发生大型垮山、滑坡堵江，应分析设计依据水文站泥沙资料，确定是否采用或进行修正。我国山区易发生大型垮山、滑坡堵江。堵江之后随之溃决，发生特大洪峰、沙峰，并沿程传播、扩散，距离近的水文站水沙过程受其影响很大。对于这类水文站，其实测最大含沙量过程，并非正常天然来沙，同洪峰流量及其过程一样已无代表性，应进行修正，若不能修正应舍弃。(2) 上游有已建、在建具有拦沙作用的工程，或引水不回归原河道的工程，应对设计依据水文站实测泥沙资料进行处理。这类工程，将使下游河道输沙量减少。一般情况下，上游工程位于产沙区的影响大；多年、年调节水库影响大。应采用年或更长时段的水文站测验资料进行对比分析，当
12、时段平均流量接近，而年输沙量减少 10%15%以上，可认为发生了显著变化。此时，要对设计依据水文站实测泥沙资料进行处理。若上游工程拦沙作用的年限较短，可通过还原计算，采用天然河道泥沙系列计算；若上游工程拦沙年限很长，或引水不回归，可采用受上游工程影响后的泥沙系列计算，亦可分别按上游工程修建前、后的泥沙系列分别计算。5.2.3 悬移质分析计算主要内容5.2.3.1 入库悬移质特征值包括：多年平均年、汛期输沙量、含沙量、实测最大含沙量。提示: (1) 当坝(闸)址与设计依据水文站集水面积相差小于 3%时，入库输沙量、含沙量可采用设计依据水文站测验资料计算。当坝(闸)址与设计依据水文站集水面积相差大
13、于 3%，小于 20%，应考虑区间产沙影响；大于 20%时应作专题研究。(2) 区间不是主要产沙区若无大支流汇入，入库含沙量采用设计依据水文站含沙量，由入库流量与入库含沙量的乘积，求得入库输沙率、输沙量。若入库流量由面积比法求得，则输沙量亦可由面积比法求得。若区间有大支流汇入，入库含沙量可按下式计算：SQQQQSS 入干支干支8式中：S入 入库含沙量；QS 干、QS 支 干、支流设计依据水文站的输沙率；Q干、Q支 干、支流设计依据水文站的流量；“+”、“”号视设计依据水文站与坝(闸)址相对位置确定。根据入库含沙量和入库流量求得入库输沙率、输沙量。实测最大含沙量可以采用干流设计依据水文站成果，亦
14、可由相同时刻干、支流设计依据水文站的实测含沙量，由该时刻流量加权计算。(3) 区间是主要产沙区，入库输沙量可按下式计算：WS 入=WS 设AMS式中：WS 入、WS 设 入库设计依据水文站的输沙量；A 坝(闸)址与设计依据水文站的区间面积；MS 区间输沙模数。根据入库输沙量和流量，计算入库含沙量。5.2.3.2 河流输沙特性包括：分析输沙量、含沙量年际变化，输沙量年内分配，输沙量中程度，水沙关系，含沙量年内变化等。提示: (1) 输沙量、含沙量年际变化，如统计最大与最小年的输沙量倍数，最大与多年平均年输沙量倍数；(2) 输沙量年内分配，如统计多年平均汛期、非汛期、逐月输沙量占多年平均年输沙量的百分数。(3) 输沙量集中程度，如统计长系列、代表系列的最大一日(或三日、七日)输沙量占该年输沙量百分数，也可统计代表年洪峰过程输沙量占该年输沙量百分数，或用流量与累积输沙量曲线分析；、(4) 水沙关系，如分析流量与含沙量过程的对应关系，洪峰与沙峰对应过程等。(5) 含沙量年内变化，如统计多年平均汛期、非汛期、逐月含沙量，洪峰过程中的含沙量变化，实测最大含沙量，含沙量历时曲线等。5.2.3.3 悬移质颗粒特性应包括：(1) 悬移质颗粒组成。计算多年平均、汛期平均颗粒级配，分析泥沙粒径组成的年内变化，提出悬移质颗粒级配和最大、平均、中数
