水库一维全沙运动数值模拟技术

任务来源：

技术领域：水土保持

技术来源：自主研发。核心成果已获得发明专利（ZL201710341033.6）：“一种水库超饱和输沙状态下恢复饱和系数计算方法” ；软件著作权（2017SR406389）：“水库一维全沙运动数学模型软件”。

技术原理

该技术针对水利水电枢纽工程泥沙设计实践需求，通过耦合一维水沙动力学模型与经验模型，研发改进推移质输沙量经验曲线、超饱和输沙状态下恢复饱和系数计算、平衡坡降法等关键技术，实现恒定流与非恒定流、均匀沙与非均匀沙、悬移质与推移质、平均出库与过机泥沙等多功能的高效精细模拟和资料贫乏地区水库泥沙淤积估算。通过该技术的研发，集成开发了水库泥沙规划设计所需通用工具、改进了模拟精度、提高了一维非恒定流计算效率、提出了资料贫乏地区估算方法。

技术特色

（1）功能齐全。该技术针对水利水电枢纽工程泥沙设计实践需求研发，水动力计算模块可分别选取恒定流或非恒定格式计算库区水流运动，推算不同频率洪水和坝前水位组合条件下库区回水；泥沙计算模块可分别开展均匀沙或非均匀沙、悬移质或推移质运动模拟，预测计算不同水沙条件、不同调度方式下库区泥沙运动与库容变化；泥沙计算模块还提供了耦合含沙量垂线分布公式计算过机含沙量的选项；对于缺乏地形和长系列水沙资料的工程，提供平衡坡降法作为泥沙淤积计算的解决方案。（2）精度较高。对泥沙运动模拟的关键公式或参数进行了改进，采用实测资料提出了长江科学院推移质输沙经验曲线法，建立了水库超饱和输沙状态下恢复饱和系数计算公式，可有效提高泥沙计算模拟精度。（3）运算速度快。为提高非恒定流泥沙数学模型计算效率，在Preissmann四点时空加权差分格式的基础上，对离散后的圣维南方程组进行线性化近似求解；采用相邻时层之间用差分法、同一时层上求分析解的方法求解泥沙方程，可在提高含沙量计算稳定性的基础上有效减少计算量，提高运算速度。（4）通用性强。该技术研发至今已在国内外不同类型河流上的10余座各型水利水电枢纽工程泥沙设计中得到成功应用。除长江流域干支流上的旭龙、乌东德、溪洛渡、向家坝、小南海、亭子口、孤山等枢纽外，还在喜马拉雅山南麓多沙河流上的巴基斯坦卡洛特、尼泊尔西赛提和上阿润，以及如非洲刚果河这种水量充沛的少沙河流上均得到成功应用，具有较强的通用性。

技术指标

“水库一维全沙运动数值模拟技术”针对水利水电枢纽工程泥沙设计实践需求，通过耦合水沙动力学模型与经验模型，研发关键参数确定方法，实现恒定流与非恒定流、均匀沙与非均匀沙、悬移质与推移质、平均出库与过机泥沙等多功能的高效精细模拟。该技术针对水利水电枢纽工程泥沙设计实践需求研发，功能全、精度高、速度快、通用性强，为水利水电枢纽设计提供了功能齐全、通用性强的泥沙设计工具。

应用范围及前景

适用于水利水电枢纽工程泥沙设计，包括水面线推算、泥沙淤积预测、拦沙效率计算、过机泥沙估算等。该技术分别在金沙江奔子栏、旭龙、乌东德、溪洛渡、向家坝、滇中引水，长江小南海、嘉陵江亭子口、汉江孤山，澜沧江下游梯级，西藏玉曲河扎拉、昂曲宗通卡、易贡藏布易贡湖，巴基斯坦卡洛特，尼泊尔西塞提和上阿润，刚果（金）英加3，缅甸孟东等18个水利水电枢纽工程泥沙设计、论证、可研项目中得到成功应用，为运行方式、枢纽布置、排沙减淤措施等论证提供了重要的技术支撑，应用单位包括业务主管部门、科技企业和勘察设计机构，取得了显著的社会效益、经济效益和生态效益，应用前景广阔。

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赵瑾琼

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