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第6期
水利水运工程学报
2015年12月
HYDRO-SCIENCE AND ENGINEERING
Dec.2015
DOI:10.16198/j.cnki.1009-640X.2015.06.016
王敏,程文,施练东,等。汤浦水库泥沙冲淤分布数值模拟「J]水利水运工程学报,2015(6):107-11.( WANG Min
CHENG Wen, SHI Lian-dong, et al. Numerical simulation of sediment scouring-silting distribution in Tangpu reservoir[J]. Hydro
ience and Engineering, 2015(6): 107-111.)
汤浦水库泥沙冲淤分布数值模拟
王敏,程文,施练东,黄品',闵亮,郑建刚
(1.西安理工大学西北早区生态水利工程国家重点实验室培育基地,陕西西安710048;2.绍兴市汤浦水库
有限公司,浙江上虞312364;3.长庆油田公司第七采油厂,陕西延安7160004.长庆油田分公司超低
渗透油藏第一项目部,陕西西安710000
摘要:泥沙淤积不仅影响水库床容,其中大量污染物还会影响水库水质。运用MIKE2L软件对汤蒲水库泥沙
分布进行模拟研究。结果表明:泥沙在库区分布不均,河流人库位置淤积较少,局部甚至有神刷;库区中部是泥
沙淤积主要地带,模拟最大淤积厚度约30cm;坝前位置淤积最小,厚度约为12cm。模拟结果与沉积物淤积厚
度采样结果一致,说明该模型能合理模拟汤浦水库沉积物分布状况。模型提供的沉积物分布状况对控制汤浦
水库内源污染有一定参考价值。
关键词:水库;沉积物;泥沙分布;污染防治;数值模拟
中图分类号:TV145
文献标志码:A
文章编号:1009-640X(2015)06-0107-05
据统计,迄今为止我国共建成库容10万m3以上水库98002座,总库容9323.12亿m31。水库蓄水后,
由于过水断面增加,水流速度降低,挟沙能力随之降低,入库泥沙逐步在库区沉积,使库容不断减小2。此
外,近年来研究发现水库(湖泊)的污染日趋严重。2013年全国重点湖泊与水库中水质为优良、轻度污染、中
度污染和重度污染的国控重点湖泊(水库)比例分别为60.7%,26.2%,1.6%和115%?。有研究表明湖
泊、水库中存在的大量泥沙(沉积物)往往含有氮、磷及金属等污染物,这些污染物在水-沉积物界面具有存
储和传输功能,在适当条件下底部沉积物成为污染物的来源,造成水体的二次污染1。本文采用MIKE21软
件,对作为水源地的汤浦水库的泥沙分布状况进行模拟研究,确定库区主要淤积地带,为水库管理和内源污
染控制提供依据。
场浦水库管
1硏究区域概况
王化溪
汤浦水库建成于2002年,是绍兴平原专有供水水
库,位于浙江上虞市汤浦镇南,曹娥江支流小舜江上,是
典型的河道型水库。双江溪、王化溪和万宝溪3条河流
入库,其中双江溪年人库流量占总流量的75%以上,王
化溪约占20%,万宝溪流量最小,约占5%。水库流域
01k
面积460km2,水面面积14km2,总库容2.35亿m2,设
万溪
双江溪/
计日供水规模达100万t,水库库形见图1。水库流域
图1汤浦水库及采样点
地处会稽山脉东南部,属浙东低山丘陵区,北亚热带南
Fig. I Shape and sampling sites of Tangpu reservoir
收稿日期;2015-03-02
作者简介:王敏(1984-),男,陕西宝鸡人,博士研究生,主要从事水污染处理与生态修复研究
E-mail:271781310@qq.com通信作者:程文(E-mail:wencheng@xaut.edu.cn
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水利水运工程学报
2015年12月
缘。全年温暖湿润,多年平均气温16.5℃,流域多年平均降水量1564.4mnu,多年平均流量1.6m/s。
2模型的建立
2.理论基础
本次研究只采用MIKE21中的水动力(HD)和泥沙传输(MT和ST)模块。水动力模块的控制方程由质
量守恒方程及沿垂向积分的动量守恒方程组成いづ。模型采用交替方向隐式(ADI)技术对质量守恒方程及
动量方程分別进行时空上的积分。每个方向及每个单独网格线产生的方程矩阵采用双扫描法( Double
Swee)求解。MT模块(黏性泥沙模块)结合了水动力模型(HU)和对流扩散模型(AD模型)。水动力模型
计算水流和羕流扩散,对流扩散模型计算输运过程,输沙模型计算河床的冲淤过程。
对流扩散模型(AD)中,悬移质的对流扩散方程9为:
+--+ー
Q, CT
其中:c为垂向平均含沙量(kg/m3),分别为x,y方向的垂向平均流速(m/s);a,6,分别为x,y方向的泥
沙亲动扩散系数(m2/s):h为水深(m):S为冲淤项(kg/(m3?s));C1为源含沙量(kg/m3);Q为水平单位面
积的源量(m/(s?m2);其他符号含义同水动力学模型。该对流扩散方程采用三.阶有限差分显式格式(即
ULTIMATE格式)直接求解"2。
2.2基础数据及地形资料
2.2.1水文、泥沙及边界条件水文资料由汤浦水库管理部门提供,主要有逐日人库流量、出库流量及水位
等。入库流量主要为双江溪、王化溪和万宝溪来水,考虑到万宝溪流量较小,为简化模型将万宝溪流量归入
王化溪。以双江溪人库流量作为入口端边界条件。出口边界设为取水口和泄洪口。出库流量为每天绍兴方
向取水量。泥沙资料采用双江溪水文站实测资料,该站已有36年悬移质泥沙观测资料(1957-1968年和
1970-193年)。该站多年平均悬移质含沙量0.348kg/m3,推移质按悬移质含沙量的20%计算,则总的含
沙量为0.418kg/m3,泥沙粒径小于3m,3~12um,12~31pum,31~62um,62~125m,大于125um所占
的比例分别为:17%,12.6%,21.2%,32.2%,16.1%和0.9%。
2.2.2地形资料对汤浦水库建库前库区地形图(1:5000进行数字化处理,得到软件要求的地形数据图。
根据建库前纸质库区地形图信息,库区分布有280多个劫测柱号点的坐标和高程数据。由于已知的库区勘
测散点数据较少,为得到足够详细的库区原始地形数据,本研究中根据已知散点高程数据,在库区底部增加
高程数据信息,再采用克里克插值法,生成相对详细的库区高程数据资料,最后将散点图和边界图的数据文
件导人 MIKEZERO,利用软件自带的插值工具进行插值,生成需要的非结构地形文件。单位网格面积控制在
200~600m2,对河流入库位置、浅水区及地形复杂区域网格进行加密,坝前深水区网格划分相对较疏,整个
库区共划分为51721个网格。
2.3模型率定与验证
建好库区地形非结构网格并加载地形数据,建立非结构网格流场模型,然后在模型中分别设置水动力模
型和泥沙输运模型的相关参数。利用2004-2006年日测水位数据率定水动力模块,2007~-2008年实測水
位验证各模型参数
根据悬移质实测值与模拟值,调整泥沙模块各参数直到满足计算要求。验证结果表明模型各参数基本
合埋,最终确定的各项参数为:曼宁系数32m'/s,渴黏系数为0.25,干
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