【摘要】：三峽水庫(kù)的泥沙淤積問(wèn)題一直是被廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)和難點(diǎn),國(guó)內(nèi)現(xiàn)有研究認(rèn)為,三峽蓄水后,在庫(kù)區(qū)寬谷河段流速減緩和來(lái)沙變細(xì)的共同作用下,細(xì)顆粒泥沙發(fā)生絮凝淤積。絮凝的存在會(huì)使泥沙運(yùn)動(dòng)的規(guī)律發(fā)生較大的變化,尤其是在三峽水庫(kù)中,細(xì)顆粒泥沙的絮凝會(huì)加快泥沙的沉速,從而加劇庫(kù)區(qū)泥沙的淤積速度。因此,研究三峽庫(kù)區(qū)中細(xì)顆粒泥沙產(chǎn)生絮凝的臨界條件是河流動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)問(wèn)題,同時(shí)對(duì)水庫(kù)合理調(diào)度和安全運(yùn)行也具有非常重要的指導(dǎo)意義。本文開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與室內(nèi)沉降試驗(yàn)研究,同時(shí)基于理論分析探討庫(kù)區(qū)泥沙絮團(tuán)的形成原理,研究庫(kù)區(qū)細(xì)顆粒泥沙發(fā)生絮凝的臨界條件,主要工作及結(jié)論如下:(1)基于ADV同步測(cè)量瞬時(shí)流速與瞬時(shí)含沙量,采用小波分析法對(duì)聲波強(qiáng)度信號(hào)進(jìn)行去噪,核密度估計(jì)法進(jìn)行去毛刺預(yù)處理,率定聲波強(qiáng)度跟瞬時(shí)含沙量的關(guān)系,反演出現(xiàn)場(chǎng)瞬時(shí)含沙量;根據(jù)泥沙擴(kuò)散理論間接獲得現(xiàn)場(chǎng)泥沙的沉速;現(xiàn)場(chǎng)泥沙的粒徑大小根據(jù)stokes沉速公式反算得到;將現(xiàn)場(chǎng)所有測(cè)點(diǎn)的沙洋帶回實(shí)驗(yàn)室用激光粒度儀離散后進(jìn)行級(jí)配分析,將現(xiàn)場(chǎng)粒徑與離散后的泥沙中值粒徑的比值定義為絮凝度,反映庫(kù)區(qū)的絮凝程度;發(fā)現(xiàn)庫(kù)區(qū)絕大多數(shù)細(xì)顆粒泥沙發(fā)生絮凝,且多為中輕度絮凝,絮凝主要發(fā)生在水體的中下層;分析絮凝度與含沙量、粒徑、流速的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)庫(kù)區(qū)細(xì)顆粒泥沙絮凝的臨界含沙量約為0.65kg/m3,臨界粒徑約為0.018mm,臨界流速約為0.75m/s。(2)選取庫(kù)區(qū)黃花城河段沙洋進(jìn)行室內(nèi)沉降試驗(yàn),進(jìn)行絮凝影響因素的分析:探索基于PTV技術(shù)的細(xì)顆粒泥沙粒徑和沉速的同步測(cè)量方法,并驗(yàn)證了該套測(cè)量方法的準(zhǔn)確性,提出適用于細(xì)顆粒泥沙粒徑和沉速測(cè)量的PTV技術(shù);證明了室內(nèi)沉降試驗(yàn)中泥沙發(fā)生了絮凝,分析泥沙沉速隨紊動(dòng)強(qiáng)度的變化,發(fā)現(xiàn)存在臨界紊動(dòng)強(qiáng)度5(mm/s)2,當(dāng)紊動(dòng)強(qiáng)度小于該值時(shí),紊動(dòng)強(qiáng)度對(duì)泥沙絮凝起促進(jìn)作用,當(dāng)紊動(dòng)強(qiáng)度超過(guò)該值時(shí),紊動(dòng)強(qiáng)度對(duì)泥沙絮凝起阻滯作用;分析泥沙沉速隨含沙量的變化,得到泥沙絮凝的臨界含沙量在0.5kg/m3左右,即小于該含沙量時(shí),含沙量的增加促進(jìn)泥沙的絮凝,大于該含沙量后,含沙量的增加阻礙絮凝的發(fā)展。(3)依據(jù)膠體穩(wěn)定性理論推導(dǎo)出范德華引力與雙電層斥力的表達(dá)公式,并計(jì)算了不同粒徑情況下對(duì)應(yīng)的范德華引力與雙電層斥力,發(fā)現(xiàn)細(xì)顆粒泥沙相互接近的過(guò)程中,其范德華引力遠(yuǎn)大于雙電層斥力,佐證了庫(kù)區(qū)細(xì)顆粒泥沙易發(fā)生絮凝的現(xiàn)象;同時(shí)通過(guò)理論計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)粒徑在小于0.018mm時(shí),庫(kù)區(qū)絮凝作用明顯,粒徑大于0.018mm后,庫(kù)區(qū)泥沙絮凝作用不明顯。
【圖文】：

第一章 緒論研究背景及意義三峽工程是目前世界上規(guī)模最大的水利工程，自 2003 年蓄水以來(lái)，水庫(kù)問(wèn)題更是被廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)和難點(diǎn)，庫(kù)區(qū)泥沙的淤積對(duì)河床地貌演變、調(diào)度以及長(zhǎng)江航運(yùn)安全等方面具有重大影響。自三峽庫(kù)區(qū)運(yùn)行以來(lái)，長(zhǎng)江上游水沙條件發(fā)生了變化，與論證階段預(yù)測(cè)發(fā)生較大的變化，庫(kù)區(qū)的泥沙淤積形態(tài)呈現(xiàn)新趨勢(shì)[1-3]：（1）庫(kù)區(qū) 2003-2013 年實(shí)測(cè)總淤積量為 15 億噸，小于論證階段的 30 億積主要分布在寬谷河段，呈現(xiàn)“點(diǎn)”淤積，且不連續(xù)分布，見(jiàn)圖 1.1。忠積主要淤積集中在航道左槽，對(duì)航道的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重隱患，致使左閉，改行右汊；而西陵峽峽谷河段卻一直無(wú)累積性淤積[1]。

改行右汊；而西陵峽峽谷河段卻一直無(wú)累積性淤積[1]。圖 1.1 三峽水庫(kù)泥沙淤積沿程分布及典型斷面淤積過(guò)程）常年回水區(qū)實(shí)測(cè)淤積物中值粒徑普遍小于 0.01mm[3]，而一般將此類(lèi)泥沙瀉質(zhì)不發(fā)生淤積[4]，，但李文杰[1-3]等通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)了庫(kù)區(qū)細(xì)顆粒泥沙現(xiàn)象，見(jiàn)圖 1.2。00
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TV145

【參考文獻(xiàn)】

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1 李文杰;黃亞非;楊勝發(fā);張鵬;;基于ADV的三峽水庫(kù)瞬時(shí)含沙量測(cè)量研究[J];水力發(fā)電學(xué)報(bào);2015年11期

2 李文杰;楊勝發(fā);胡江;付旭輝;;三峽庫(kù)區(qū)粉砂淤積成因的初步分析[J];泥沙研究;2015年05期

3 李文杰;楊勝發(fā);胡江;付旭輝;;三峽庫(kù)區(qū)細(xì)顆粒泥沙絮凝的試驗(yàn)研究[J];應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào);2015年05期

4 李文杰;楊勝發(fā);付旭輝;肖毅;;三峽水庫(kù)運(yùn)行初期的泥沙淤積特點(diǎn)[J];水科學(xué)進(jìn)展;2015年05期

5 陳紅;唐立模;陳s

本文編號(hào)：2654903