摘要
准确计算水流挟沙力对河道、水库及河口等地区水沙情势模拟至关重要，水流挟沙力定义为不冲不淤临界状态下水流所能挟带的最大含沙量。这一指标较难在现场观测获得，因此普遍采用室内试验或数学公式进行推求。数学公式法可主要分为能量平衡法，运动学分析法和经验公式法。目前悬移质水流挟沙力计算普遍需要调参，且部分水力学要素在现实中难以获取，因此，公式法难以在少资料地区开展可靠且便捷悬移质水流挟沙力计算。此外，如何根据水沙情势判断水库的淤积情况、评价水库调度方案优劣、估算水库库容可用年限等在水利工程设计运行管理中也是亟需解答的问题。为了解决这些工程问题，本文引入了一种基于有效剪力原理的悬移质水流挟沙力计算公式，在大雅河抽水蓄能水电站下水库进行了50年实测水沙系列的运移及地形演变模拟，最后根据实测地形模拟结果及水文情势进行了多种工况模拟，主要成果如下： （1）基于有效剪力原理的悬移质水流挟沙力计算公式验证。采用于我国主要河道（长江、黄河、松花江、辽河）及国外试验数据进行验证，R2分别为0.54和0.95、P.O.0.5-2.0分别为0.65和0.64、集中系数分别为1.57和3.59、偏离系数分别为0.58和0.61、标准化最小距离分别为0.40和0.025，证明该方法可应用于少资料地区的悬移质水流挟沙力计算。 （2）Delft3D模型泥沙模块改进。通过修改源代码及泥沙模块，将本文所需使用的公式嵌入源代码泥沙运移模块中。利用Delft3D模拟的水动力变量作为水流挟沙力计算公式的水流条件进行水流挟沙力公式计算，可以进行连续的时间和空间计算，大大提高了公式的计算效率。 （3）大雅河抽水蓄能水电站下水库50年水沙及地形演变模拟。模拟结果表明，50年入库悬移质量为135.1万吨，没有出库泥沙，淤积主要发生在坝前4500m~8000m处；淤积随着时间增加而增加，最大淤积深度为5.9m，发生在中游地区。基于以上水库取水口的悬移质运动特征，大雅河抽水蓄能水电站下水库在50年及相当长的时间内都不会有泥沙淤积。 （4）大雅河抽水蓄能水电站下水库水沙运移典型工况模拟。典型年模拟结果表明，库区上游河道淤积十分轻微，难以观察；由于河道水沙年内年际分配不均，在峰值洪水的流速及悬移质运移强度远大于正常情况。设计洪水模拟进一步说明了这种现象，并发现在随着洪峰增大，悬移质运动会向坝前前进，因此，虽然在历史时期水库没有发生淤积，但在未来长期极端洪水影响下，大雅河抽水蓄能水电站下水库库区仍有可能发生少量淤积。
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