一种梯级水库区间来沙量的确定及其沿程分配方法与流程

本发明涉及水利工程技术领域，特别是涉及一种梯级水库区间来沙量的确定及其沿程分配方法。

背景技术：

我国水能资源丰富，众多河流梯级开发使得梯级水库数目剧增，各流域梯级水库已逐步形成。泥沙淤积问题是影响梯级水库长期运用与效益发挥的关键因素之一，开展梯级水库联合调度不仅要考虑水量的联合调度，还应同时考虑泥沙的联合调度。开展梯级水库泥沙冲淤计算研究，有助于揭示梯级水库群泥沙淤积规律，可为梯级水库联合调度方式优化提供技术支撑，这就需要选取典型系列年水沙过程进行梯级水库泥沙冲淤预测计算。当梯级水库区间大，来沙量大时，区间来沙量的确定及其沿程分配会直接影响梯级水库泥沙冲淤预测精度。

现有技术对于区间支流来沙量往往采用多年平均值或其他已知系列年资料代替，未控区间中除已知支流外的其他来沙量往往按集中汇入的方式加入干流河道。现有技术存在的不足包括：区间沙量及其过程的不合理造成入出库沙量不守恒，过程不合理，区间沙量的沿程分配不合理造成水库淤积分布不合理。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种梯级水库区间来沙量的确定及其沿程分配方法，能够解决现有技术的区间沙量、过程及沿程分配不合理的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种梯级水库区间来沙量的确定及其沿程分配方法，它包括以下步骤：

步骤1，收集梯级水库干支流控制站、坝址及区间输沙量资料；

步骤2，根据坝址与附近控制水文站多年平均年输沙量之比确定坝址处典型系列年的输沙量及过程；

步骤3，将上游水库坝址与入库控制站的输沙量之差作为未控区间来沙量，将上下游水库坝址处输沙量之差作为下游水库未控区间来沙量；

步骤4，未控区间中，当某支流无典型系列年输沙量资料而有多年平均输沙量资料时，该支流使用多年平均输沙量资料；

步骤5，未控区间中除已知支流外的其它来沙量按沿程均匀分配的方式加入干流河道。

步骤2中，当水库坝址处有水文站时，则取坝址输沙量及过程等于该水文站，否则，则以附近水文站为依据站，按多年平均输沙量之比确定水库坝址处输沙量及过程；典型系列年水沙过程应是梯级水库建库前水沙过程，并假设建库前梯级水库天然河道处于冲淤平衡状态，入库沙量等于出库沙量。

步骤3中，当无法收集到水库坝址多年平均输沙量资料时，而未控区间可收集到多年平均输沙量资料时，则未控区间使用多年平均输沙量，梯级入库控制站沙量、区间沙量、坝址沙量应满足沙量守恒。

步骤4中，当未控区间中某支流使用多年平均输沙量时，则以坝址处输沙量及过程为依据，按输沙量之比确定该支流输沙量过程。

步骤5中，首先从未控区间总来沙量中扣除已知支流的来沙量，然后将剩余来沙量按沿程均匀分配的方式加入库区干流河道,步骤5中沿程均匀分配的方式为：取未控区间中除已知支流外的其它区间入库来沙量为QS，库区河道长度为L，则单位河长沿程均匀入库沙量为取单位河长入库流量为q_L，单位河长入库含沙量为S_L，则单位河长沿程均匀入库沙量还可表示为qls＝S_L*q_L；

考虑区间水沙沿程均匀入汇后的水库水沙运动方程为：

水流连续方程

水流运动方程

悬移质泥沙连续方程

悬移质河床变形方程

求解上述方程组即可得到考虑区间水沙入汇后的水库冲淤及水位、流量等计算结果。

本发明的有益效果是：本发明可克服现有技术存在的不足，本发明能够更加合理的确定梯级水库区间来沙量及其过程，并能更加合理的将未控区间沙量沿程分配到干流河道，可为提高梯级水库泥沙冲淤预测计算精度提供技术支撑。

附图说明

图1是本发明一种梯级水库区间来沙量的确定及其沿程分配方法流程图。

图2是长江上游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝梯级水库干支流位置图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

提供一种梯级水库区间来沙量的确定及其沿程分配方法，它包括以下步骤：

步骤1，收集梯级水库干支流控制站、坝址及区间输沙量资料；

步骤2，根据坝址与附近控制水文站多年平均年输沙量之比确定坝址处典型系列年的输沙量及过程；

步骤3，将上游水库坝址与入库控制站的输沙量之差作为未控区间来沙量，将上下游水库坝址处输沙量之差作为下游水库未控区间来沙量；

步骤4，未控区间中，当某支流无典型系列年输沙量资料而有多年平均输沙量资料时，该支流使用多年平均输沙量资料；

步骤5，未控区间中除已知支流外的其它来沙量按沿程均匀分配的方式加入干流河道。

步骤2中，当水库坝址处有水文站时，则取坝址输沙量及过程等于该水文站，否则，则以附近水文站为依据站，按多年平均输沙量之比确定水库坝址处输沙量及过程；典型系列年水沙过程应是梯级水库建库前水沙过程，并假设建库前梯级水库天然河道处于冲淤平衡状态，入库沙量等于出库沙量。

步骤3中，当无法收集到水库坝址多年平均输沙量资料时，而未控区间可收集到多年平均输沙量资料时，则未控区间使用多年平均输沙量，梯级入库控制站沙量、区间沙量、坝址沙量应满足沙量守恒。

步骤4中，当未控区间中某支流使用多年平均输沙量时，则以坝址处输沙量及过程为依据，按输沙量之比确定该支流输沙量过程。

步骤5中，首先从未控区间总来沙量中扣除已知支流的来沙量，然后将剩余来沙量按沿程均匀分配的方式加入库区干流河道,步骤5中沿程均匀分配的方式为：取未控区间中除已知支流外的其它区间入库来沙量为QS，库区河道长度为L，则单位河长沿程均匀入库沙量为取单位河长入库流量为q_L，单位河长入库含沙量为S_L，则单位河长沿程均匀入库沙量还可表示为qls＝S_L*q_L；

考虑区间水沙沿程均匀入汇后的水库水沙运动方程为：

水流连续方程

水流运动方程

悬移质泥沙连续方程

悬移质河床变形方程

式中：ω为泥沙沉速；角标i为断面号；Q为流量；A为过水面积；t为时间；x为沿流程坐标；Z为水位；K为断面流量模数；S为含沙量；S_*为水流挟沙力；ρ'为淤积物干容重；B为断面宽度；g为重力加速度；α为恢复饱和系数；A_d为悬移质河床冲淤面积；

求解上述方程组即可得到考虑区间水沙入汇后的水库冲淤及水位、流量等计算结果。

实施例的具体步骤如下：

步骤1，以1991～2000年为典型水沙系列年，以乌东德-白鹤滩-溪洛渡-向家坝梯级水库为对象，收集长江上游梯级水库干支流控制站(攀枝花、小得石、湾滩、华滩、屏山等)、坝址(乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝等)及区间多年平均及1991～2000年典型系列年输沙量资料；

步骤2，乌东德水库坝址与下游华弹站多年平均年输沙量之比为0.674，将华弹站1991～2000年典型系列年输沙量过程乘以0.674作为乌东德坝址1991～2000年典型系列年输沙量过程；将华弹站和黑水河宁南站输沙量之和作为白鹤滩水库坝址输沙量；将屏山站输沙量之和作为向家坝水库坝址输沙量；收集到向家坝水库区间多年平均输沙量资料，将向家坝坝址输沙量与区间来沙量之差作为溪洛渡水库坝址输沙量；将屏山站输沙量减去白鹤滩坝址输沙量，再减去向家坝水库区间多年平均输沙量作为溪洛渡水库区间来沙量；

步骤3，将乌东德坝址与攀枝花站和雅砻江来沙量之差作为乌东德水库区间来沙量；将白鹤滩坝址与乌东德坝址输沙量之差作为白鹤滩水库区间来沙量；将溪洛渡坝址与白鹤滩坝址输沙量之差作为溪洛渡水库区间来沙量；向家坝水库区间来沙量采用多年平均输沙量资料；

步骤4，由于没有1991～2000年典型系列年实测输沙量资料，乌东德库区支流龙川江采用多年平均输沙量，白鹤滩库区支流普渡河、小江、以礼河、黑水河采用多年平均输沙量；溪洛渡库区支流西溪河、牛栏江、美姑河采用多年平均输沙量；向家坝库区支流西宁河、中都河、大汶溪采用多年平均输沙量；将库区支流多年平均输沙量与坝址输沙量的比值乘以坝址输沙量过程得到支流输沙量过程。

步骤5，乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝梯级各水库区间来沙量在扣除已知支流来沙量后的其它来沙量按沿程均匀分配的方式加入干流河道。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。