都江堰枢纽区水流泥沙运动规律研究

论文摘要

结合都江堰枢纽工程的历史、现状和发展需求深入分析都江堰河段引水分流、河道冲淤和泥沙输移等规律,对都江堰工程的维护和灌区的可持续发展具有重要的价值,对开展山区河流演变的科学研究亦有借鉴意义。本文以测量系统开发、数据库构建及实测资料分析为基础,对都江堰河段的水沙运动规律进行了深入研究,取得了如下主要成果:1、设计了新的大断面原型观测系统,将GPS RTK定位系统、超声测深仪、摄像设备以及数据采集储存系统集成于统一的测量平台,同时得出测量点的三维坐标、河床高程和表面流速场的分布,进而可计算断面流量。该系统具有测量精度高、速度快、操作简单等优势,已应用于都江堰河段的实际测量。2、建立了都江堰水沙信息分析系统,采用关系数据库技术结合水利行业标准设计数据库;开发出各应用功能模块,实现了对大量基础数据的科学存储和对水文泥沙信息的综合分析利用。3、根据枢纽区工程布局的时段变化和67年的实测流量资料,系统分析了都江堰鱼嘴和宝瓶口的分流规律。鱼嘴分流比主要受工程布局和维护的控制,1949年前内江春灌期分流不足50%,在外江闸的调控下,同期分流比达75%。飞沙堰闸则保证了凤栖窝不淘淤情况下宝瓶口的引水。4、根据二十多年的大断面实测资料,系统分析了内江河段的冲淤规律和横断面的冲淤变化。提出了水流综合作用力的概念,其与河段年冲淤量具有较好的负相关关系。5、从河流动力学的角度系统研究了凤栖窝河段淘淤的规律性;分析了流量和卵石运动对凤栖窝河段冲淤的影响,提出了内江河段冲/淤的临界流量约为400m3/s;论证了外江闸和飞沙堰闸的运行是凤栖窝长期不淘淤的前提条件。6、对Einstein推移质输沙率公式的推导过程中的三个假定进行了修正,采用长江寸滩站和都江堰内江站多年的实测资料进行了验证,结果表面修正后的Einstein公式可用于山区河流卵石推移质输沙率的计算。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 都江堰工程概况
• 1.1.2 都江堰面临的新挑战
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 基础水沙信息平台研究
• 1.2.2 枢纽区水沙运动特性研究
• 1.2.3 山区河流泥沙输移规律研究
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 都江堰大断面原型观测系统设计及应用
• 2.1 引论
• 2.2 总体方案设计
• 2.3 过江缆道设计
• 2.4 主要仪器
• 2.4.1 GPS 定位仪
• 2.4.2 超声测距仪
• 2.4.3 图像采集与处理设备
• 2.5 测架设计
• 2.5.1 三角测架
• 2.5.2 平面测架
• 2.6 观测数据处理
• 2.6.1 实测断面高程数据分析
• 2.6.2 实测流场数据分析
• 2.7 都江堰河段工程应用实例
• 2.7.1 都江堰枢纽区观测大断面布置
• 2.7.2 系统实际应用分析
• 2.8 小结
• 第3章 都江堰水沙信息分析系统
• 3.1 引论
• 3.2 系统总体设计思路
• 3.3 数据库的设计
• 3.3.1 数据库设计的指导原则
• 3.3.2 数据库的选型
• 3.3.3 数据库表结构的设计
• 3.3.4 数据库的建设现状
• 3.4 系统应用模块的设计
• 3.4.1 主要功能与技术实现
• 3.4.2 数据管理模块
• 3.4.3 基础信息查询模块
• 3.4.4 各专题分析模块
• 3.5 小结
• 第4章 都江堰渠首枢纽分流规律研究
• 4.1 引论
• 4.2 渠首枢纽工程布局及其变化
• 4.3 实测资料说明
• 4.4 鱼嘴分流规律
• 4.4.1 春灌期分流规律
• 4.4.2 汛期分流比
• 4.5 宝瓶口分流规律
• 4.5.1 春灌期分流比
• 4.5.2 汛期分流比
• 4.6 小结
• 第5章 内江河段河床冲淤及淘淤规律研究
• 5.1 引论
• 5.2 都江堰河段的推移质输移问题
• 5.3 内江河段河床冲淤规律研究
• 5.3.1 河道大断面布置和实测资料
• 5.3.2 河段冲淤变化规律
• 5.3.3 河段年冲淤量与水流条件的关系
• 5.3.4 横断面冲淤变化
• 5.4 凤栖窝河段淘淤规律研究
• 5.4.1 基本资料
• 5.4.2 卵石推移质起动条件
• 5.4.3 淘淤对水位流量关系的影响
• 5.4.4 淘淤对河段年内冲淤变化的影响
• 5.4.5 内江流量对凤栖窝河段冲淤过程的影响
• 5.4.6 综合分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 都江堰河段泥沙输移规律研究
• 6.1 Einstein 推移质公式的修正
• 6.1.1 Einstein 公式中的一些假定
• 6.1.2 Einstein 均匀推移质公式的修正
• 6.1.3 Einstein 非均匀推移质公式的修正
• 6.2 非均匀推移质修正公式的验证
• 6.2.1 实测资料
• 6.2.2 资料分析
• 6.2.3 修正公式的验证
• 6.3 时均流速及悬沙浓度垂线分布规律
• 6.3.1 基本资料
• 6.3.2 时均流速分布规律
• 6.3.3 悬沙浓度垂线分布规律
• 6.4 小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 研究结论
• 7.2 论文工作的创新点
• 7.3 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果