多沙河流水庫(kù)泥沙研究展望

郜國(guó)明，談廣鳴，李 濤

（1.武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430072；2.黃河水利科學(xué)研究院黃河小浪底研究中心，河南 鄭州 450003；3.水利部黃河泥沙重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450003）

1 問(wèn)題的提出

多沙河流水庫(kù)泥沙問(wèn)題是水庫(kù)運(yùn)用中的主要難題。水庫(kù)蓄水而必?cái)r沙，從而帶來(lái)諸多問(wèn)題。從全球范圍來(lái)看，水庫(kù)總庫(kù)容約7 000億m3，每年庫(kù)容損失占全水庫(kù)庫(kù)容的0.5%～1.0%。折合45億m3，相當(dāng)于每年需要130億美元造300座大水庫(kù)才能彌補(bǔ)庫(kù)容損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)七大江河的年輸沙量高達(dá)23億t［1］，中國(guó)在最近20年里，大多數(shù)水庫(kù)投入運(yùn)用后損失了大約19.0%的庫(kù)容［2］。如長(zhǎng)江三峽水庫(kù)自開(kāi)始蓄水至2010年底，干流庫(kù)區(qū)共淤積泥沙11.68億t［3］。黃河小浪底自開(kāi)始蓄水至2013年底，年均淤積泥沙約2.17億t［4］。

多沙河流水庫(kù)中常見(jiàn)的泥沙問(wèn)題較多，富有代表性的有以下幾個(gè)方面：①庫(kù)容損失嚴(yán)重；②回水淤積影響上游的城鎮(zhèn)或村莊，支流口門(mén)攔門(mén)沙影響水庫(kù)運(yùn)行；③壩前泥沙淤積影響泄水建筑物的使用；④泥沙淤積影響河道航運(yùn)。本文主要從水庫(kù)淤積、水庫(kù)調(diào)度、水庫(kù)泥沙利用和水庫(kù)模擬研究等方面對(duì)前人研究成果進(jìn)行分析，對(duì)黃河水庫(kù)泥沙研究提出認(rèn)識(shí)和展望。

2 多沙河流水庫(kù)泥沙問(wèn)題現(xiàn)狀

2.1 水庫(kù)淤積

自J.C.Steven［5］于1934年在 ASCE 上發(fā)表文章提出“泥沙問(wèn)題研究 （the Silt problem）”，代表了水庫(kù)泥沙研究的開(kāi)始。1950年，Einstein經(jīng)典論文 《明渠水流泥沙輸移的推移質(zhì)作用》，給研究者提供了一個(gè)完整的預(yù)測(cè)沖積河流床面顆粒運(yùn)動(dòng)的理論方法。水庫(kù)淤積研究包括水庫(kù)淤積和水庫(kù)沖刷研究。

2.1.1 水庫(kù)淤積研究

水庫(kù)淤積包括水庫(kù)淤積形態(tài)、壅水明流淤積、異重流淤積和渾水水庫(kù)淤積。①水庫(kù)懸移質(zhì)不平衡輸沙規(guī)律研究方面，以水庫(kù)懸移質(zhì)不平衡輸沙規(guī)律為主線進(jìn)行研究。文獻(xiàn) ［6］將這種求解的邊界條件歸納為6種。除張啟舜的成果外［7］，這些結(jié)果基本上未在水庫(kù)淤積中得到應(yīng)用。②一維不平衡輸沙方程研究方面，韓其為針對(duì)實(shí)際非均勻沙和非均勻流，通過(guò)積分二維擴(kuò)散方程得到了一維非均勻沙不平衡輸沙方程［8］，并與已得到的一維不平衡輸沙方程的結(jié)果完全一致［9］。在積分一維不平衡輸沙方程的成果方面還有王靜遠(yuǎn)、朱啟賢等的級(jí)數(shù)解［10］。韓其為、何明民［11］提出了挾沙能力級(jí)配及有效床沙級(jí)配的概念和詳細(xì)的表達(dá)式，這對(duì)非均勻沙的不平衡輸沙研究非常重要。后來(lái)，李義天等學(xué)者對(duì)挾沙能力級(jí)配概念表示認(rèn)同，但提出了較為簡(jiǎn)單的表達(dá)式。對(duì)一維不平衡輸沙方程中的恢復(fù)飽和系數(shù)α的取值存在一些爭(zhēng)議［12］。

2.1.2 水庫(kù)異重流研究

水庫(kù)異重流是水庫(kù)淤積中的重要部分，對(duì)水庫(kù)異重流的潛入條件，韓其為認(rèn)為需要補(bǔ)充均勻流的條件，即潛入點(diǎn)的水深必須大于異重流正常水深，否則潛入不成功。張俊華針對(duì)水庫(kù)模型相似律的異重流相似條件開(kāi)展了理論研究，并利用實(shí)體模型試驗(yàn)檢驗(yàn)［13］；王艷平針對(duì)紊流異重流阻力系數(shù)開(kāi)展了理論計(jì)算并進(jìn)行了驗(yàn)證［14］，馬懷寶、李書(shū)霞等在黃河調(diào)水調(diào)沙預(yù)案編制中開(kāi)展了大量異重流排沙計(jì)算［15］，李濤等針對(duì)小浪底水庫(kù)潛入條件開(kāi)展了理論探討［16］。許多文獻(xiàn)對(duì)于異重流排沙計(jì)算、異重流的倒灌及按勢(shì)流理論對(duì)異重流孔口排沙問(wèn)題也進(jìn)行了研究。

2.1.3 水庫(kù)溯源沖刷研究

水庫(kù)沖刷形式包括以沿程沖刷為主與以溯源沖刷為主2種。溯源沖刷常發(fā)生在水庫(kù)泄空時(shí)的壩前以上河段或三角洲前坡以上河段。溯源沖刷主要有2種研究方法：①簡(jiǎn)化河床變形方程方法，對(duì)挾沙能力方程和河床變形方程適當(dāng)簡(jiǎn)化后，可將溯源沖刷的縱剖面方程化為二階常系數(shù)熱傳導(dǎo) （偏微分）方程。彭潤(rùn)澤等、曹叔尤、巨江等在溯源沖刷機(jī)理研究方面也取得了一定的成果［17］。②構(gòu)造溯源沖刷縱剖面方法，在對(duì)沖刷縱剖面進(jìn)行假設(shè)的基礎(chǔ)上導(dǎo)出沖刷參數(shù)以求出沖刷量的變化等。國(guó)外美國(guó)斯坦福大學(xué)的Hsieh Wen Shen和Robert Janssen建立了沖刷寬度和流量之間的關(guān)系。此外在水庫(kù)排沙、減淤以及恢復(fù)庫(kù)容方面還有大量的研究成果［18］，其中對(duì)三門(mén)峽水庫(kù)的排沙研究最多。國(guó)外學(xué)者有代表性的是Brune和Churchill所做的工作［19］，后來(lái)大多數(shù)學(xué)者在此基礎(chǔ)上針對(duì)具體水庫(kù)開(kāi)展了敏感因素分析［20］。

2.2 水庫(kù)調(diào)度

目前，多沙河流水庫(kù)調(diào)度主要涉及水庫(kù)減淤調(diào)度、水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度、多沙河流水庫(kù)水沙聯(lián)合調(diào)度和水庫(kù)生態(tài)調(diào)度等問(wèn)題。新近，國(guó)外在水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度方法方面進(jìn)展較大，中國(guó)在水庫(kù)水沙聯(lián)合調(diào)度研究方面取得了較大進(jìn)展。

2.2.1 水庫(kù)減淤調(diào)度

①以往的減淤調(diào)度經(jīng)驗(yàn)豐富。早期為農(nóng)業(yè)灌溉修建的水庫(kù)特點(diǎn)一是季節(jié)性蓄水，二是樞紐的泄流能力大。若水庫(kù)容積很大，入庫(kù)輸沙量相對(duì)較小，水庫(kù)可長(zhǎng)期使用，如安徽芍陂水庫(kù)等；若水庫(kù)容積較小，入庫(kù)輸沙量相對(duì)較大，采用季節(jié)性、汛后蓄水，可解決泥沙淤積問(wèn)題，如福建木蘭陂水庫(kù)、印度巴特加水庫(kù)等。②水庫(kù)調(diào)度影響庫(kù)區(qū)輸沙流態(tài)。水庫(kù)運(yùn)用的結(jié)果是水位發(fā)生變動(dòng)，如日調(diào)節(jié)、季調(diào)節(jié)水庫(kù)，如長(zhǎng)江魚(yú)子溪一級(jí)、二級(jí)水電站，南埡河三級(jí)水電站，黃河青銅峽水電站 （1976年10月以后）等。敞泄排沙的運(yùn)行特點(diǎn)是水庫(kù)按徑流調(diào)度，尤適用于山區(qū)天然河道比降大的水庫(kù)，如山西恒山水庫(kù) （年調(diào)節(jié)）每隔3～5a豐水期敞泄2個(gè)月。利用壩前高水位、挾沙渾水與清水存在密度差，以異重流的形式從水庫(kù)排沙。如我國(guó)黑松林水庫(kù)（庫(kù)長(zhǎng)3km）、官?gòu)d水庫(kù)、三門(mén)峽、美國(guó)米德湖等。異重流排沙還得同其他泥沙調(diào)度方式相結(jié)合，方能達(dá)到排沙減淤目的。③ “蓄清排渾”運(yùn)用方式。我國(guó)利用水庫(kù)淤積和排沙規(guī)律，摸索出了一套使水庫(kù)淤積大大減緩，甚至不再淤積的行之有效的運(yùn)行模式，即 “蓄清排渾”。其中較典型的有對(duì)鬧德海、紅領(lǐng)巾、黑松林、直峪、恒山等水庫(kù)的研究。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，唐日長(zhǎng)、林一山、韓其為等從理論上闡述了水庫(kù)長(zhǎng)期使用的原理和根據(jù)，為三峽、小浪底水庫(kù)的運(yùn)用奠定了良好基礎(chǔ)。④多沙河流水庫(kù)群水沙聯(lián)合調(diào)度?，F(xiàn)時(shí)期的水庫(kù)水沙調(diào)度則是積極主動(dòng)地改變水庫(kù)的運(yùn)行方式，通過(guò)水庫(kù)的調(diào)節(jié)作用，將不協(xié)調(diào)的水沙關(guān)系調(diào)節(jié)成協(xié)調(diào)的水沙關(guān)系，同時(shí)，又利用最優(yōu)化原理來(lái)解決防洪、排沙和興利等多方面的矛盾。最新、最有代表性的當(dāng)屬黃河調(diào)水調(diào)沙生產(chǎn)實(shí)踐。

2.2.2 優(yōu)化調(diào)度

①單庫(kù)水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度。水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度的研究最早從20世紀(jì)40年代開(kāi)始，近年來(lái)，對(duì)策論、存貯論、灰色理論等方法在水庫(kù)調(diào)度中得到了應(yīng)用。為適應(yīng)實(shí)際需要，多種優(yōu)化方法的組合模型也得到了較快的發(fā)展，并逐漸成為一種主流方向。②梯級(jí)水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度。目前對(duì)于梯級(jí)水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度的研究方法主要有確定性和隨機(jī)性2種方法，其中對(duì)水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度的研究多采用確定性方法。在水庫(kù)中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度中，以確定來(lái)水為依據(jù)，水庫(kù)初末狀態(tài)已知，多數(shù)以發(fā)電效益最大或發(fā)電量最大作為目標(biāo)函數(shù)。對(duì)于梯級(jí)水庫(kù)水沙聯(lián)合調(diào)節(jié)計(jì)算有概化的梯級(jí)水庫(kù)水沙聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度研究［21］、梯級(jí)水庫(kù)群水沙聯(lián)合調(diào)節(jié)計(jì)算［22］和黃河調(diào)水調(diào)沙過(guò)程中進(jìn)行的梯級(jí)水庫(kù)聯(lián)合運(yùn)用研究［23］等。但由于水庫(kù)調(diào)度和泥沙沖淤計(jì)算是兩個(gè)性質(zhì)不同的系統(tǒng)，并且梯級(jí)水庫(kù)群優(yōu)化調(diào)度和水庫(kù)泥沙淤積計(jì)算均具有各自的復(fù)雜性，所以很難將二者系統(tǒng)、緊密、有效的聯(lián)系起來(lái)。

2.2.3 水庫(kù)生態(tài)調(diào)度

近年來(lái)，“生態(tài)調(diào)度”在國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界及水資源管理部門(mén)屢屢被提及，大致包括以下幾方面的內(nèi)容：大型水利工程的生態(tài)調(diào)度；水庫(kù)調(diào)度要保護(hù)河流流域生態(tài)系統(tǒng)健康；河流水質(zhì)的變化也是水庫(kù)調(diào)度必須要考慮的重要問(wèn)題；水利工程調(diào)度的生態(tài)準(zhǔn)則是保證下游河道的最小生態(tài)環(huán)境需水量等［24］。

2.3 水庫(kù)泥沙處理與利用

人類(lèi)對(duì)河流利用程度高，河流發(fā)生沖刷；人類(lèi)對(duì)河流開(kāi)發(fā)利用程度低，河流發(fā)生淤積［25］。泥沙在影響水庫(kù)使用壽命方面是一種災(zāi)害。而泥沙作為一種多元素、多成分的組合，又可以涵養(yǎng)水源、凈化水質(zhì)、置為材料、哺育萬(wàn)物。從此角度來(lái)說(shuō)，泥沙又是一種可以利用的資源。泥沙變“害”為 “用”，其中關(guān)鍵在于泥沙的處理方法。

2.3.1 泥沙處理技術(shù)

國(guó)外的水庫(kù)在設(shè)計(jì)階段大多未考慮設(shè)置排沙孔，在后期運(yùn)用中采用機(jī)械清淤或者虹吸排沙等人工措施清除淤積，但隨著水庫(kù)使用年限延長(zhǎng)，低含沙水庫(kù)上近年來(lái)旁通輸沙的處理技術(shù)正越來(lái)越多被世界各國(guó)采用。這類(lèi)排沙技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)在于上游攔沙堰的分沙效率和廊道的防磨蝕技術(shù)。如日本、瑞士、臺(tái)灣、美國(guó)、法國(guó)等國(guó)家或地區(qū)開(kāi)展了大量的旁側(cè)隧道 （SBPT）排沙實(shí)例。法國(guó)CNR機(jī)構(gòu)針對(duì)Rhone河梯級(jí)水電站泥沙管理提出了保護(hù)河流環(huán)境生態(tài)平衡的環(huán)境友好型排沙的理念。

2.3.2 泥沙利用研究

多沙河流泥沙特點(diǎn)是數(shù)量多、顆粒細(xì)、吸附能力強(qiáng)，在河道整治、土壤改良、生態(tài)修復(fù)、置沙為料等方面，泥沙是一種資源。國(guó)外結(jié)合河道整治，將河中淤泥在灘面晾3～5d，可收集用來(lái)改良土壤。利用泥沙進(jìn)行的生態(tài)修復(fù)包括濕地過(guò)洪、掩埋或降低有毒土地毒性，以河口 “喂”沙的形式防止岸線侵蝕等。①在基礎(chǔ)研究方面，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院開(kāi)展了流域泥沙配置關(guān)鍵技術(shù)研究，給出了泥沙資源的最優(yōu)配置方案。黃科院開(kāi)展了射流沖吸式排沙與庫(kù)區(qū)自吸式管道排沙技術(shù)可行性研究、水下淤沙采樣及探測(cè)技術(shù)研究等，支撐了水沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律、優(yōu)化水沙搭配等相關(guān)研究。②在泥沙資源利用實(shí)踐方面，黃河水利科學(xué)研究院已開(kāi)展了黃河泥沙資源化利用前景預(yù)測(cè)及管理政策研究、利用黃河泥沙制作人工防汛石料關(guān)鍵技術(shù)研究、機(jī)械化搶險(xiǎn)替代材料應(yīng)急試驗(yàn)研究等工作，同時(shí)還在利用黃河泥沙制造砌筑材料、保溫材料、裝飾材料、耐火材料、防汛材料和工業(yè)原材料等方面進(jìn)行了廣泛的探索。

2.4 水庫(kù)模擬

多沙水庫(kù)泥沙模擬技術(shù)是研究水庫(kù)泥沙運(yùn)動(dòng)的重要手段之一，主要包括水槽試驗(yàn)、實(shí)體模型試驗(yàn)和泥沙數(shù)學(xué)模型。它們既相互獨(dú)立，又相輔相成。前兩者可為數(shù)學(xué)模型提供物理參數(shù)，而后者可為前兩者提供方案比選等技術(shù)支撐。

2.4.1 水槽試驗(yàn)研究

針對(duì)異重流、溯源沖刷等開(kāi)展基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，研究不同的水力與邊界因子對(duì)水庫(kù)沖淤、水沙輸移規(guī)律的敏感程度。從水槽外型上劃分為順直型水槽和順直型水槽附加局部障礙，從水槽功能上可劃分為明流水槽和異重流水槽，從約束方向上有橫向可變寬和縱比降可調(diào)整的水槽。水槽千差萬(wàn)別的精細(xì)設(shè)計(jì)是為概化水流，以減小次要因素的影響，獲得更為客觀的試驗(yàn)成果。如溯源沖刷研究方面，彭潤(rùn)澤、韓其為、李昆鵬等利用水槽試驗(yàn)結(jié)合理論推導(dǎo)，給出了預(yù)測(cè)方法。國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用水槽研究異重流的水力學(xué)特性，并研究了異重流的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。水槽試驗(yàn)分為順直無(wú)障礙和加障礙2類(lèi)，第1類(lèi)為順直無(wú)障礙水槽試驗(yàn)。范家驊、Savage、Simpson、Parker、Lee、Bahar 等［26］、 張 小 峰等［27］開(kāi)展了水槽異重流試驗(yàn)研究了局部摻混、頭部流速、潛入條件、縱向運(yùn)動(dòng)速度修正系數(shù)等，其中未考慮阻力損失。第2類(lèi)為局部加障礙水槽試驗(yàn)。Johnson、Bournet、李濤等［28］開(kāi)展了局部河寬變化段異重流水槽試驗(yàn)研究，但未考慮底床形態(tài)變化對(duì)異重流的影響。陳嬡嬡等［29］開(kāi)展了溫差分層水庫(kù)異重流試驗(yàn)，利用順直水槽中放置有機(jī)玻璃隔板來(lái)模擬香溪河與長(zhǎng)江干流的交匯，忽略了分流處的局部阻力，一定程度上影響了成果的精度。

2.4.2 物理模型試驗(yàn)研究

實(shí)體模型技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)是模型相似理論的建立。20世紀(jì)50年代初期，我國(guó)從前蘇聯(lián)引入方程分析法和愛(ài)因斯坦模型相似律。近年，張俊華等［30］針對(duì)多沙河流水庫(kù)的特點(diǎn)，提出了適合小浪底水庫(kù)的模型相似和異重流相似條件，并利用小浪底水庫(kù)模型，預(yù)測(cè)了小浪底水庫(kù)攔沙初期、后期庫(kù)區(qū)水沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律，河床縱橫剖面形態(tài)變化，庫(kù)容變化，異重流的形成和運(yùn)動(dòng)以及支流口門(mén)攔門(mén)沙的形成過(guò)程［31］。

2.4.3 數(shù)學(xué)模型研究

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，數(shù)學(xué)模型研究手段的便捷性體現(xiàn)得更為突出。在異重流研究方面，Kassem和Lmran運(yùn)用立面二維Navier－Stokes模型模擬了實(shí)驗(yàn)室水槽異重流和加拿大Saguenay峽灣發(fā)生的異重流運(yùn)動(dòng)；De Cesare等使用三維Navier－Stokes模型模擬了瑞士Alps山上的Luzzone水庫(kù)異重流運(yùn)動(dòng)。在水庫(kù)淤積模擬方面，M.Frenette和J.C.Souriac依據(jù)實(shí)測(cè)資料從數(shù)學(xué)模型出發(fā)計(jì)算了海地Peligre水庫(kù)的淤積發(fā)展；Souza eta［32］對(duì)巴西水庫(kù)淤積形態(tài)進(jìn)行了研究。近年來(lái)，三維水流模型的計(jì)算已比較成熟［33］，但還未得到普遍應(yīng)用。水庫(kù)泥沙三維數(shù)值模擬主要針對(duì)壩區(qū)泥沙運(yùn)動(dòng)的研究［34］。隨著并行計(jì)算的深入，利用MPI消息傳遞實(shí)現(xiàn)小浪底水庫(kù)三維數(shù)學(xué)模型的并行編程，極大地縮短了計(jì)算時(shí)間，提高了計(jì)算準(zhǔn)確度［35］。

3 黃河水庫(kù)研究展望

隨著黃河水沙調(diào)控體系的逐步完善，水庫(kù)不同的運(yùn)用階段面臨的問(wèn)題也有所區(qū)別。小浪底水庫(kù)攔沙期即將結(jié)束，面臨水庫(kù)相機(jī)降水沖刷、恢復(fù)部分?jǐn)r沙庫(kù)容的任務(wù)，庫(kù)區(qū)部分支流溝口出現(xiàn)攔門(mén)沙，導(dǎo)致水庫(kù)有效庫(kù)容控制受到限制。而擬建的古賢水庫(kù)位于黃河北干流多沙粗沙來(lái)源區(qū)，沿程有眾多高含沙支流入?yún)R。復(fù)雜的干支流水沙組合與邊界條件，決定了庫(kù)區(qū)水沙輸移規(guī)律與干支流淤積形態(tài)變化過(guò)程的多樣性、隨機(jī)性與復(fù)雜性。因此，急需結(jié)合水庫(kù)泥沙問(wèn)題，拓寬研究思路，為黃河健康生命維持提供技術(shù)支撐。

3.1 水庫(kù)淤積

水庫(kù)淤積的研究涉及復(fù)雜邊界條件下水庫(kù)異重流輸移規(guī)律、水庫(kù)溯源沖刷水動(dòng)力學(xué)規(guī)律、干支流高含沙洪水互為倒灌與疊加效應(yīng)等。

3.2 水庫(kù)調(diào)度

水庫(kù)泥淤積問(wèn)題是多沙河流水庫(kù)的核心問(wèn)題。水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度取得更多效益的同時(shí)，也帶來(lái)較大決策風(fēng)險(xiǎn)，在目前研究水平下，水庫(kù)生態(tài)調(diào)度、水沙電等綜合調(diào)度方法還缺乏應(yīng)用基礎(chǔ)。水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度主要研究?jī)?nèi)容包括水沙調(diào)控理論研究、小浪底水庫(kù)攔沙后期汛限水位調(diào)整研究、小浪底與西霞院水庫(kù)水沙電綜合調(diào)度研究、考慮生態(tài)調(diào)度的小浪底水庫(kù)運(yùn)用研究、基于空間數(shù)據(jù)的決策支持系統(tǒng)研究等。

3.3 水庫(kù)泥沙處理與利用

“水少沙多，水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)”仍將是困擾治黃工作的核心問(wèn)題，未來(lái)長(zhǎng)期內(nèi)黃河下游的淤積抬升趨勢(shì)不會(huì)發(fā)生根本改變。另一方面，泥沙流失的是珍貴的土地資源。主要開(kāi)展黃河泥沙處理利用專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃編制及專(zhuān)題研究、泥沙利用技術(shù)研究等。

3.4 水庫(kù)模擬

依托黃河泥沙重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)建設(shè)，充分利用變坡水槽、河寬變化水槽和含支流水槽開(kāi)展基礎(chǔ)研究；繼續(xù)開(kāi)展多沙河流水庫(kù)模型相似律研究，透析變態(tài)模型帶來(lái)的不確定性和誤差，提高實(shí)體模型模擬精度；開(kāi)展實(shí)體模型局部庫(kù)段的概化試驗(yàn)研究，提高實(shí)體模型模擬技術(shù)水平。在已有小浪底水庫(kù)一維水動(dòng)力學(xué)模型基礎(chǔ)上，完善溯源沖刷、支流異重流倒灌和異重流演進(jìn)模塊，提高小浪底水庫(kù)模擬精度，不斷擴(kuò)展小浪底水庫(kù)三維數(shù)學(xué)模型模擬范圍，提高模擬精度。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)水庫(kù)淤積、水庫(kù)調(diào)度、水庫(kù)泥沙處理與利用和水庫(kù)模擬等方面的分析，認(rèn)識(shí)到多沙河流水庫(kù)泥沙研究難點(diǎn)，對(duì)黃河水庫(kù)研究提出了粗淺的展望，為未來(lái)的研究拓寬了視野。

（1）水庫(kù)淤積研究方面。已有水庫(kù)淤積研究在實(shí)踐中取得了較大成果，但水庫(kù)水沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律特別復(fù)雜，尤其是水庫(kù)利用溯源沖刷恢復(fù)庫(kù)容，在一定條件下利用異重流高效排沙等水庫(kù)基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律需要進(jìn)一步深化。

（2）水庫(kù)調(diào)度方面。水庫(kù)洪水資源化在實(shí)踐當(dāng)中運(yùn)用多以單庫(kù)為主，而從流域整體水資源綜合利用出發(fā)，梯級(jí)水庫(kù)聯(lián)調(diào)對(duì)提高水庫(kù)綜合利用效益更勝一籌，但其還存在不少問(wèn)題：①對(duì)多目標(biāo)、多因素重視和研究不夠；②未充分考慮主觀人為因素；③新的風(fēng)險(xiǎn)分析理論和方法應(yīng)用不多。

（3）水庫(kù)泥沙處理與利用方面。水庫(kù)泥沙沿程分選，近壩段蓄水深度大，泥沙顆粒細(xì)，不容易進(jìn)行泥沙輸送，流域內(nèi)泥沙數(shù)量特別巨大，泥沙利用率不盡如人意，需要尋找能夠大量消耗泥沙資源的高效用沙手段，以滿足河道其它功能的實(shí)現(xiàn)。

（4）水庫(kù)模擬研究方面。實(shí)體模型試驗(yàn)研究可視性強(qiáng)，但成本高、投資大，一般作為推薦方案驗(yàn)證。水槽試驗(yàn)手段較之方便，可靈活地針對(duì)有關(guān)因素進(jìn)行單因子分析，獲得定性或定量結(jié)果。數(shù)值模擬優(yōu)點(diǎn)是成本低、計(jì)算速度高。三者有機(jī)結(jié)合是未來(lái)科技發(fā)展方向。

因此，在多沙河流水庫(kù)泥沙問(wèn)題處理中，采用實(shí)測(cè)資料分析、實(shí)體模型試驗(yàn)、水槽試驗(yàn)和數(shù)值模擬等手段，深入研究水庫(kù)泥沙運(yùn)動(dòng)輸移規(guī)律，重點(diǎn)是溯源沖刷和異重流輸移規(guī)律，在摸清水庫(kù)淤積規(guī)律基礎(chǔ)上，開(kāi)展水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度研究，重點(diǎn)開(kāi)展單庫(kù)水沙耦合優(yōu)化調(diào)度研究、梯級(jí)水庫(kù)群綜合調(diào)度研究，同時(shí)結(jié)合泥沙處理利用措施，減少水庫(kù)淤積，延長(zhǎng)水庫(kù)使用壽命，為多沙河流水沙資源綜合效益發(fā)揮服務(wù)。

［1］朱鑒遠(yuǎn).水利水電工程泥沙設(shè)計(jì) ［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2010.

［2］王則一，趙輝，齊實(shí)，等.基于RESCON的三門(mén)峽水庫(kù)泥沙淤積管理評(píng)價(jià) ［J］.人民黃河，2011（9）：25－30.

［3］中華人民共和國(guó)水利部.2011年中國(guó)河流泥沙公報(bào) ［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2012.

［4］李書(shū)霞，夏軍強(qiáng)，張俊華，等.水庫(kù)渾水異重流潛入點(diǎn)判別條件 ［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2012 （3）：263－368.

［5］Carl F.Nordin Jr.J.C.Stevens and the silt problem a review ［J］.International Journal of Sediment Research，1991，6 （3）：1－3.

［6］韓其為，何明民.論非均勻懸移質(zhì)二維不平衡輸沙方程及其邊界條件 ［J］.水利學(xué)報(bào)，1997（1）：1－10.

［7］張啟舜.明渠水流泥沙擴(kuò)散過(guò)程的研究及其應(yīng)用 ［J］.泥沙研究，1980 （1）：37－52.

［8］韓其為.非均勻懸移質(zhì)不平衡輸沙研究 ［J］.科學(xué)通報(bào)，1979（7）：804－808.

［9］Han Qiwei，He Mingmin.A Mathematical Model for Reservoir Sedimentation and Fluvial Processes ［J］.Inter.J.of Sediment Research，1990，5（2）：43－84.

［10］王靜遠(yuǎn)，朱啟賢，許德風(fēng)，等.水庫(kù)懸移質(zhì)泥沙淤積的分析計(jì)算 ［J］.泥沙研究，1982（1）：79－82.

［11］韓其為，何明民.水庫(kù)淤積與河床演變的 （一維）數(shù)學(xué)模型［J］.泥沙研究，1987 （3）：14－19.

［12］周建軍.不平衡懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)恢復(fù)飽和系數(shù)的理論研究—三峽工程泥沙問(wèn)題研究 ［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，1999：305－314.

［13］張俊華，陳書(shū)奎，李書(shū)霞，等.小浪底水庫(kù)攔沙初期水庫(kù)泥沙研究 ［M］.鄭州：黃河水利出版社，2007.

［14］王艷平，劉沛清，張俊華.紊流渾水異重流交混區(qū)的阻力系數(shù)的研究 ［J］.水利學(xué)報(bào)，2007 （12）：1489－1494.

［15］馬懷寶，張俊華，陳書(shū)奎，等.2005年汛前調(diào)水調(diào)沙小浪底水庫(kù)異重流排沙方案設(shè)計(jì) ［C］／／姚文藝.第六屆全國(guó)泥沙基本理論研究學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集.鄭州：黃河水利出版社，2005：86－88.

［16］李濤，張俊華，馬懷寶，等.小浪底水庫(kù)異重流潛入條件研究 ［J］.中國(guó)農(nóng)村水利水電，2011（10）：90－92.

［17］韓其為.水庫(kù)淤積 ［M］.北京：水利電力出版社，2003.

［18］黃華忻，趙克玉.陜南山區(qū)水庫(kù)排沙運(yùn)用 ［J］.泥沙研究，2000（1）：77－79.

［19］Claudia O.Espinosa－Villegas，et al.Comparison of Long－Term Observed Sediment Trap Efficiency with Empirical Equations for Coralville Reservoir，Iowa ［J］.J.Environ.Eng.2009，135 （7）：518－525.

［20］L.Bengtsson，R.W.Herschy，R.W.Fairbridge，et al.Reservoir and Lake Trap Efficiency.Encyclopedia of Lakes and Reservoirs ［M］.Berlin：Springer Science Business Media B.V.，2012.

［21］韓冰，張粒子，舒雋.梯級(jí)水電站優(yōu)化調(diào)度方法綜述 ［J］.現(xiàn)代電力，2007，24 （1）：78－82.

［22］白曉華，李旭東，周宏偉，等.汾河流域梯級(jí)水庫(kù)群水沙聯(lián)合調(diào)節(jié)計(jì)算 ［J］.水電能源科學(xué)，2002，20（3）：51－53.

［23］LI GuoYing，SHENG LianXi.Model of water－sediment regulation in Yellow River and its effect ［J］.Sci China Tech Sci，2011，41 （6）：826－832.

［24］Konrad C P.Monitoring and Evaluation of Environmental Flow Prescriptions for Five Demonstration Sites of theSustainable Rivers Project ［R ］. Reston： U. S.Geological Survey，2010.

［25］王兆印.泥沙研究的發(fā)展趨勢(shì)和新課題 ［J］.地理學(xué)報(bào)，1998 （5）：245－255.

［26］Bahar Firoozabadi，Hossein Afshin，Ehsan Aram.Three－Dimensional Modeling of Density Current in a Straight Channel［J］.Journal of Hydraulic Engineering，2009，135 （6）：393－402.

［27］張小峰，姚志堅(jiān)，陸俊卿.分層水庫(kù)異重流試驗(yàn) ［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2011，44（4）：409－413.

［28］Tao Li，Jun Hua Zhang，Guang Ming Tan，et al.Study on turbidity current head going through the changing width section ［J］.Procedia Environmental Sciences ，2012 （13）：214－220.

［29］陳媛媛，劉德富，楊正健，等.分層異重流對(duì)香溪河庫(kù)灣主要營(yíng)養(yǎng)鹽補(bǔ)給作用分析 ［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2013，33（3）：762－770.

［30］張俊華，陳書(shū)奎，李書(shū)霞，等.小浪底攔沙初期水庫(kù)泥沙研究 ［M］.鄭州：黃河水利出版社，2007.

［31］張俊華，馬懷寶，王婷，等.小浪底水庫(kù)支流倒灌與淤積形態(tài)模型試驗(yàn) ［J］.水利水電科技進(jìn)展，2013，33（2）：1－5.

［32］L.B.S.Souza1，H.E.Schulz，S.M.Villela，J.S.Gulliver.Experimental Study and Numerical Simulation of Sediment Transport in a Shallow Reservoir ［J］.Journal of Applied Fluid Mechanics，2010，3 （2）：9－21.

［33］唐學(xué)林，陳稚聰，陸永軍，等.小浪底河段渾水流動(dòng)的三維數(shù)值模擬 ［J］.清華大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，47（9）：1447－1451.

［34］馮小香，張小峰，李建兵，等.水庫(kù)壩前沖刷漏斗形態(tài)三維水沙數(shù)學(xué)模型研究 ［J］.水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展：A輯，2008，19 （1）：19－26.

［35］王敏，王明，楊明.小浪底水庫(kù)三維數(shù)學(xué)模型并行計(jì)算研究［J］.人民黃河，2012 （5）：25－27.