与单一防洪调度相比，该方案排沙有所增加。在新水沙条件下，进一步计算了上述4种调度方案多年泥沙冲淤特征，4种沙峰排沙调度方案均有增加排沙的作用，年平均增加排沙量均在50万m3左右，各方案相差不大。综合来看，水库下泄流量先减小后增大再减小的沙峰排沙调度方案为较佳方案。表8.5-8新水沙系列三峡水库沙峰排沙调度水库排沙年平均增加量......
2023-06-21
选沙及比尺设计——三峡工程坝区泥沙模型优化方案
【摘要】：三峡坝区泥沙粒径较细，而且细泥沙淤积后粘结力作用很显著，要选择能同时满足泥沙沉降相似和起动相似的模型沙具有一定的难度。模型相似比尺情况包括:1.模型的水流运动相似比尺公式重力相似:式中:λV为水流速度比尺;λL为模型的几何比尺，清华大学三峡坝区泥沙模型λL=180。清华大学三峡坝区模型的主要比尺数值如下:
三峡坝区泥沙粒径较细，而且细泥沙淤积后粘结力作用很显著，要选择能同时满足泥沙沉降相似和起动相似的模型沙具有一定的难度。同时，正态模型要求模型沙粒径比原型沙更细，增大了模型沙选择的困难。模型沙淤积后的粘结力与相应天然细沙的粘结力是否能相似，是起动能否相似的关键，也是模型沙选沙成败的关键。三峡坝区模型选沙中除常规的相似计算外，主要做了以下两方面的研究:
1.分粒径级用不同流区的沉速公式计算模型沙的粒径比尺
因长江泥沙粒径范围较广，不同粒径泥沙的沉降分别处于滞流区和过渡区，所以可用不同流区的沉速公式计算天然沙的沉速。再用同一个沉速比尺算出要求的模型沙沉速，对于处于滞流区的轻质细塑料沙，又专门进行了群体沉降试验，证明塑料沙在低密度 (S＜22kg/m3)条件下其沉降仍遵循Stokes定律，所以可以根据模型沙沙粒雷诺数Re不同，分别采用不同流区的沉速公式算出要求的模型沙粒径。这样可以认为模型沙的沉降相似分粒径级都得到了满足。
2.在模型沙粒径确定后，校核模型沙的起动相似
因天然细泥沙粘结力与粒径粗细有密切关系，所以必须对选定的模型沙分粒径组进行起动流速试验，并与天然沙对应粒径组的起动流速进行比较。经试验对比证明，经粉碎后的细塑料沙分粒径级也能基本保证起动相似。据此可认为模型设计中基本解决了有粘结力的细泥沙的起动特性模拟问题。考虑到粉碎后的塑料沙在冲刷和淤积两方面在不同粒径范围内均较好地保证了相似，与仅模拟中值粒径冲淤相似的模型设计相比，在可靠性方面有所提高。
模型相似比尺情况包括:
1.模型的水流运动相似比尺公式
(1)重力相似:
式中:λV为水流速度比尺;λL为模型的几何比尺，清华大学三峡坝区泥沙模型λL=180。
(2)阻力相似:
式中:λV为水流速度比尺;λL为模型的几何比尺，清华大学三峡坝区泥沙模型λL=180。
(2)阻力相似:
式中:λn为糙率系数比尺。
(3)水流连续原理:
式中:λn为糙率系数比尺。
(3)水流连续原理:
式中:λQ为流量比尺。
(4)水流垂线流速分布、水面横比降及横向水流运动的相似。
根据水流流速沿垂线分布规律、水面比降及横向水流运动的规律及已有的模型律研究成果，当模型制作成正态的情况下，上述各运动量的相似可自动满足，即
式中:λQ为流量比尺。
(4)水流垂线流速分布、水面横比降及横向水流运动的相似。
根据水流流速沿垂线分布规律、水面比降及横向水流运动的规律及已有的模型律研究成果，当模型制作成正态的情况下，上述各运动量的相似可自动满足，即
及
及
式中:λuy为垂线高程y 处的水流速度比尺;λJR为水面横比降的比尺;λU为横向水流速度的比尺。
2.模型的悬移质泥沙运动相似比尺公式
(1)悬移质泥沙运动的相似:
由于
式中:λuy为垂线高程y 处的水流速度比尺;λJR为水面横比降的比尺;λU为横向水流速度的比尺。
2.模型的悬移质泥沙运动相似比尺公式
(1)悬移质泥沙运动的相似:
由于
则
则
式中:λω为泥沙沉降速度的比尺。
(2)悬移质泥沙的起动相似:
式中:λω为泥沙沉降速度的比尺。
(2)悬移质泥沙的起动相似:
式中:λV0为泥沙起动流速的比尺。
(3)悬移质挟沙能力的相似:
式中:λV0为泥沙起动流速的比尺。
(3)悬移质挟沙能力的相似:
式中:λs为悬移质含沙量的比尺。(4)河床变形相似:
式中:λs为悬移质含沙量的比尺。(4)河床变形相似:
式中:λt1为悬移质冲淤时间比尺;λγ′为泥沙淤积物干容重的比尺。
(5)含沙量沿垂线分布相似:根据扩散理论，含沙量垂线分布相似，要求原型与模型的悬浮指标ω/κu*相等，则
式中:λt1为悬移质冲淤时间比尺;λγ′为泥沙淤积物干容重的比尺。
(5)含沙量沿垂线分布相似:根据扩散理论，含沙量垂线分布相似，要求原型与模型的悬浮指标ω/κu*相等，则
另外，在正态模型中，可以满足异重流运动和淤积以及河床变形的相似。
3.模型的卵石推移质运动相似比尺公式
(1)卵石推移质的起动相似:
习惯用的卵石推移质起动流速公式有如下形式
另外，在正态模型中，可以满足异重流运动和淤积以及河床变形的相似。
3.模型的卵石推移质运动相似比尺公式
(1)卵石推移质的起动相似:
习惯用的卵石推移质起动流速公式有如下形式
式中:V0为卵石推移质起动流速;D 为卵石推移质代表粒径;h 为水深;y 为指数。
据此有
式中:V0为卵石推移质起动流速;D 为卵石推移质代表粒径;h 为水深;y 为指数。
据此有
式中:λD为卵石推移质粒径比尺。
(2)卵石推移质输沙率相似:根据沙莫夫公式
式中:λD为卵石推移质粒径比尺。
(2)卵石推移质输沙率相似:根据沙莫夫公式
则
则
式中:λqb为卵石单宽输移率比尺。
(3)河床变形相似:根据河床变形方程
式中:λqb为卵石单宽输移率比尺。
(3)河床变形相似:根据河床变形方程
有
有
式中:λt2为卵石冲淤时间比尺。
4.模型的沙质推移质运动相似比尺公式
(1)沙质推移质起动相似:与卵石推移质起动相似比尺的推导相同，可得
式中:λt2为卵石冲淤时间比尺。
4.模型的沙质推移质运动相似比尺公式
(1)沙质推移质起动相似:与卵石推移质起动相似比尺的推导相同，可得
(2)沙质推移质输沙率相似:根据窦国仁底沙输沙率公式
(2)沙质推移质输沙率相似:根据窦国仁底沙输沙率公式
则
则
式中:λqb为沙质推移质单宽输移率比尺。
(3)河床变形相似:
式中:λqb为沙质推移质单宽输移率比尺。
(3)河床变形相似:
式中:λt3为沙质推移质冲淤时间比尺。
5.各比尺的具体量值
根据以上相似比尺公式，在确定了模型几何比尺及模型沙容重等关键参数后，可以计算得到各相似比尺的量值。清华大学三峡坝区模型的主要比尺数值如下:
式中:λt3为沙质推移质冲淤时间比尺。
5.各比尺的具体量值
根据以上相似比尺公式，在确定了模型几何比尺及模型沙容重等关键参数后，可以计算得到各相似比尺的量值。清华大学三峡坝区模型的主要比尺数值如下:
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