关于泥沙模型试验的可信性和溃坝洪水问题
shasibiya
shasibiya Lv.5
2015年07月15日 09:39:45
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  本文系作者在三峡工程第十次论证领导小组扩大会上的发言节选  一、关于泥沙模型试验  应该说明每个模型都是经过率定,证明能重演实测冲淤资料才用以研究工程问题的。采用轻质沙是为了满足相似的准则,在泥沙研究中已有几十年历史,是世界上大多数国家的做法,在物理意义方面也是可以理解的。因为模型小,水深和流速都小于天然,如果在模型中使用天然沙、泥沙输移量便要偏小,泥沙运动便会“走样”。只有选取适当的的轻质沙做试验才有可能保证模型中的冲淤和天然相似。其实选取模型沙也是模型试验技术的重要坏节之一。40年代美国就已使用轻质沙做试验,不过当时更多依靠经验和实践,有时要试用几种材料才能得到可用的模型沙。近几十年包括我国在内的各国泥沙研究进展,逐步使模型沙的选取,有法则可循。我国结合工程建设已发展起一整套技术,可以设计模型和选定模型沙,所选定的模型沙一般都能满足验证要求,这一成就受到国际的重视,不久将为国际水利研究协会编写泥沙模型试验专集。

  本文系作者在三峡工程第十次论证领导小组扩大会上的发言节选
  一、关于泥沙模型试验
  应该说明每个模型都是经过率定,证明能重演实测冲淤资料才用以研究工程问题的。采用轻质沙是为了满足相似的准则,在泥沙研究中已有几十年历史,是世界上大多数国家的做法,在物理意义方面也是可以理解的。因为模型小,水深和流速都小于天然,如果在模型中使用天然沙、泥沙输移量便要偏小,泥沙运动便会“走样”。只有选取适当的的轻质沙做试验才有可能保证模型中的冲淤和天然相似。其实选取模型沙也是模型试验技术的重要坏节之一。40年代美国就已使用轻质沙做试验,不过当时更多依靠经验和实践,有时要试用几种材料才能得到可用的模型沙。近几十年包括我国在内的各国泥沙研究进展,逐步使模型沙的选取,有法则可循。我国结合工程建设已发展起一整套技术,可以设计模型和选定模型沙,所选定的模型沙一般都能满足验证要求,这一成就受到国际的重视,不久将为国际水利研究协会编写泥沙模型试验专集。
  泥沙运动带有随机性和不确定性,但在工程技术范畴内,到处都遇到随机性和不确定性问题。在比较成熟的结构设计中,以钢构件的受拉工作应力为例,它要比接断的应力小得多,但人们不愿将这些工作应力提高,因为钢筋的微观结构存在一些弱点和缺陷,还有一些其他问题,使得钢筋的质量不能严格地统一,而这种质量的变化又是随机的,不确定的,工程技术人员的办法不是抛弃这些钢筋而是选用较小的工作应力,以留有余地。在房屋、桥梁等结构物的设计中,荷载、地震设防烈度等也是概化的结果,其本质也带有随机性和不确定性但随机性和不确定性并没有否定结构设计。同样,泥沙运动的随机性和不确定性也不足以否定泥沙模型试验作为预报泥沙冲淤的手段,可以确认和清水模型相比泥沙模型中有更多参数受随机性和不确定性的影响,一般来说精度要低于清水模型,但仍具有一定的精度,上面已说明泥沙模型都要经过和实测资料对比率定,合格后才用以研究工程问题。葛洲坝泥沙模型试验成果与实际情况比较接近,也足以说明泥沙模型试验具有一定的精度。何况在泥沙模型试验中对试验成果都要应用水力学和泥沙运动原理加以分析,看其是否合理,还要采取各种措施留有余地,如进一步优化各种特征水位以进一步减少尾水淤积和要求水工建筑物的设计能满足在130米水位下仍能泄放约4万立方米/秒,以便在意外情况下降低水位排沙等。分期蓄水方案前期在较低水位下运行若干年,在这期间可进行河道观测以校核模型和计算成果,这也是一种余地。当然我国的泥沙模型试验技术还不是已登峰造极了,学无止境,还要继续研究改进。但作为可行性研究的手段是大量专业人员智慧的结晶,是可信的。
  二、溃坝洪水
  一座大坝万一出事,所形成的溃坝洪水主要取决于两个参数。坝后水体高度决定溃坝初始流量,坝后水体的体积决定淹没范围,在大坝防御方面,三峡工程有它的特殊优点。(1)外来袭击通常选在洪水季节以期造成下游重大灾害,但洪季三峡将降低水位运行(“蓄清排浑”运用的要求),坝后水体降低,库容也减少,有利于减少下游灾害。(2)三峡采用蓄清排浑的运用方式,到了约80年,当水位降到汛限水位 145米时,水库内已基本形成了一条冲积河流,这时水体积很小,坝前水深也不大,即使大坝这时被毁,所造成的溃坝波就小之又小了。所以蓄清排浑运用的结果,时间愈长,水库在战时就越不怕破坏。如果决定兴建三峡,初设阶段还可对水库运用方式作进一步研究,寻求一个可以满足各方面要求而又能促使死库容早日淤满的方案,如能找到这一方案可以肯定在一段时间内会得到更多电能。有可能增加以十亿计的收入,这是以泥沙换电能的设想。
  三、国外朋友的言论
  国际泥沙研究培训中心有一批国际第一流的泥沙专家作为顾问和通讯顾问。我作为顾问委员会主席和他们常有接触,另1980年以后出国的机会较多,遇到水利界的朋友也不少,我还未从他们那里听到关于三峡泥沙问题完全不能解决的说法。加拿大为我国进行三峡可行性研究时首席泥沙专家是泥沙中心的通讯顾问,他对三峡泥沙问题作了深入的研究后,提出的结论和我国泥沙专家组的结论相似,所以看来外国朋友的言论与专业有关,非专业人员的说法与专业人员不同。但无论如何我们的事情应由我们自己拿主意,国外朋友的意见可听听,最后主意还得自己拿。
  四、一点希望
  三峡是上还是不上,希望国务院作出明确决定,不上便罢,如决定要上,则具体开工时间还可研究。库区开发移民的工作则应立即开始,否则将平白增加许多投资。

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