张曼
- 作品数：14 被引量：153H指数：7
- 供职机构：清华大学土木水利学院水沙科学与水利水电工程国家重点实验室更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金国家重点实验室开放基金清华大学自主科研计划更多>>
- 相关领域：水利工程环境科学与工程天文地球理学更多>>
- 水库泥沙分选及淤积控制研究被引量：8
- 2011年
- 泥沙淤积是迄今制约水库长期利用和没有解决的重大问题之一．本文根据水库实测淤积资料、理论分析和数学模型计算等多方面证明了粒径d〉0．1mm粗沙会在水库回水末端特定位置或大江大河径流水库集中分选沉积．同时，从理论上证明了占入库比例很少的粗沙对大型河道型水库淤积三角洲坡面、最终冲淤平衡坡降和淤积程度有很大影响．在此基础上，作者提出在水库特定按固定河段持续挖粗沙以降低平衡淤积坡降、控制淤积和增加长期利用库容．三峡水库模型计算实例表明，年挖砂5000万t／a（三峡设计泥沙系列）或3000万t／a（蓄水前10年系列）可降低水库百年淤积量20％，回水末端淤积大幅度减少，水库平衡坡降减小25％～30％；水库50～100年基本趋于冲淤平衡，可避免长期、持续大量淤积的局面．同时，在黄河小浪底水库回水末端挖粗沙不但可减少水库淤积，而且还可拦截粗沙进入下游而降低黄河下游冲淤平衡坡降．在小浪底水库大量拦沙、冲刷下游河道所营造的相对良好河型基础上，可以期待长远只利用在现有水库拦截粗沙便可缓解或实现黄河下游河道不抬高．
- 周建军张曼曹慧群
- 关键词：水库泥沙淤积控制
- 溪洛渡拱坝蓄水期谷幅变形驱动机制研究
- 2023年
- 溪洛渡谷幅变形的产生机制尚存在争议,是当前工程界的难点问题。通过对锦屏一级及溪洛渡谷幅变形典型案例的对比分析,认为溪洛渡谷幅变形具有大量值、大范围和整体性的特点。以变形加固理论的弹塑性方法作为黏塑性方法的近似,引入孔隙弹塑性有效应力,结合溪洛渡库区的水文地质构造背景,计算结构塑性变形的驱动力——不平衡力,研究水库蓄水后控制溪洛渡谷幅变形的关键位置。研究结果表明,水库蓄水后孔隙压力增加引起的不平衡力主要集中在河谷底部的玄武岩层内和层间错动面中,可驱动岩体沿结构面产生大范围变形,这可能是控制溪洛渡谷幅变形的主要机制。
- 王昀杨强张曼王涛刘耀儒
- 关键词：水利工程溪洛渡拱坝结构面
- 长江上游水库群的热环境效应与修复对策被引量：8
- 2019年
- 本文根据实测资料揭示三峡水库运行以来冬季下泄水温抬高5.32℃、夏初降低3.45℃、过程滞后30～43天,三峡水库冬季水温平均高于气温10℃,且随水库蓄水位和上游水库增加不断升高.长江是罕见的从高热河源流向低热潮湿地区的世界大河,干流三峡等大型水库流量大、库容大且基本没有温度分层,水库滞热、散热和下泄热量巨大,下游水温改变范围超过汉口.需要重视的两个宏观效应:一是超温大幅降低水库和下游水溶解氧(DO),影响程度已与长江平均化学需氧量(COD)等污染同数量级,加上加速COD等耗氧,水温升高的污染危害更大;二是水库冬季巨大散热,11-1月库区平均散热强度241 W/m2、总热功率2.43亿kW,下泄潜在热量3.16亿kW、超过天然1.73亿kW,水库散发和下泄热量相当于全国平均用电功率. 2030年上游水电按规划全面建成后,冬季上游水库群还将附加吸热2亿kW(年热量2万亿kWh). DO是大坝对天然河流环境改变的重要方面,三峡支流库区现在连年水华、干流出现缺氧,水温升高进一步降低DO浓度和促进环境耗氧是当前库区和下游生态环境的主要问题之一.冬季干热河谷输出热水、2030年后更多梯级水库吸热并通过河流转移到三峡水库,巨大附加散热量对周边环境、水资源、土壤墒情和局部气候影响需要认真研究.建议在干热河谷梯级水库大规模布局水面光伏(PPV).一方面遮挡短波辐射抑制下游三峡入库水温进一步升高,另一方面利用梯级水电巨大储能、调节优势与光伏资源,互补互助、集约和大规模开发西南可再生能源与电力调节资源.本文研究显示PPV电量巨大和结构优势明显,是改善我国电力能源结构和提升水电的发展方向,还可带动更多绿色发展.
- 周建军杨倩张曼
- 关键词：水温热效应梯级水库长江
- 悬移质挟沙能力水槽实验方法探讨被引量：2
- 2021年
- 水流挟沙能力是研究悬移质泥沙输移的核心问题之一。对不均匀泥沙,由于细颗粒调整的滞后性,传统循环水槽实验较难获取悬移质与河床泥沙相对应的输沙平衡条件,需要大量精度不高的浓度测量和无法避免细沙在系统中循环影响实验精度。本文通过改进水槽进口加沙和增加出口过滤系统,并采用不平衡淤积方式逼近平衡输沙进行实验和研究挟沙。实验得到从淤积趋近平衡的水沙条件,将实验结果与传统实验测量结果及挟沙能力公式计算结果进行比较,结果初步表明:(1)改进系统能更准确控制进口加沙和得到近似平衡的悬移质泥沙浓度、提高悬移质输沙实验的可靠性;(2)解决了传统水槽实验难以获得平衡泥沙浓度的问题,并避免了频繁而且不准确的浓度测量;(3)初步显示传统实验测量泥沙浓度可能较大地偏大于真实挟沙能力。
- 袁强张曼周建军
- 关键词：挟沙能力泥沙浓度
- 当前长江生态环境修复重点被引量：4
- 2016年
- 长江经济带生态优先、绿色发展方针已经明确,但对当前河流生态环境问题产生的主要原因与修复重点,认识上还很模糊。讨论这一问题对落实中央精神、顺利推进长江经济带建设具有重要意义。
- 周建军张曼
- 关键词：生态环境生态修复长江
- 杨房沟高拱坝建基面嵌深优化的分析与评价被引量：2
- 2018年
- 高拱坝建基面嵌深方面尚未形成具有普适性的评价体系,以杨房沟拱坝建基面嵌深的定量分析与评价为目标,在常规拱坝变形受力分析的基础上,使用三维非线性有限元(TFINE程序)对杨房沟拱坝的可行性研究阶段和施工图阶段的两种建基面嵌深方案进行坝体关键参数、位移、应力和拱端推力的变形应力对比分析。采用塑性屈服区、不平衡力和余能范数评价坝体的整体稳定性和坝踵开裂风险,并基于多重网格法进行坝肩抗滑稳定分析。结果表明,杨房沟拱坝施工图阶段的建基面外移方案较可行性研究方案整体上改善了坝体的变形应力、稳定性和安全度等指标,具有良好的经济效益。研究成果论证了杨房沟拱坝施工图阶段建基面优化设计方案的合理性,同时也可为其他类似工程优化设计的安全分析与综合评价的量化分析提供参考。
- 张曼刘耀儒徐建军殷亮杨强
- 关键词：优化设计非线性有限元
- 近年长江中下游径流节律变化、效应与修复对策被引量：31
- 2018年
- 近十余年长江上游大量兴建大型水库,蓄水、调节和拦沙对中下游河川径流和泥沙产生了深刻影响.河川径流减少,径流季节提前,伏秋(特别是10月)流量显著降低、变差系数增大,97%严重干旱频率情景变成80%~85%.同时,宜昌和出海输沙量分别减少93%和70%,中下游河槽冲刷下降1~3 m,三峡蓄水后仅13年清水冲刷幅度和范围已超过三峡预期30年的冲刷上限,目前仍呈加速趋势.干流各站平均水位下降2~4 m,与此同时河道同流量洪水位反而升高.水库调节是水位降低的主要原因,河道冲刷更加剧水位降低,当前水位变化对防洪和生态都不利.汛后流量和干流水位提前降低使洞庭湖和鄱阳湖(两湖)提前干枯、松滋等"三口"入湖水量减少,伏秋高热季节两湖生态环境面貌发生了根本变化.汛后流量减少甚至显著增加长江大通十月流量小于15000 m3/s几率和上海长江水源受咸潮影响风险,10月咸潮入侵变成最严重时段必须引起高度重视.我们认为,径流和径流节律变化是当前长江生态环境最主要问题之一.建议以"水资源工程"重新定位上游大型工程、以"水资源优先"优化流域管理和切实回归既定三峡工程运行原则等统一调度和改善中下游水情;通过水库挖泥等措施修复长江物质通量,抑制中下游剧烈冲刷和稳定河流格局;加强中下游蓄滞洪区等防洪能力建设,为最大限度降低上游水库防洪和蓄水压力创造条件;主要通过改善上游水库调度维护两湖环境条件,"引清水入洞庭"和"增加供水设施建设"加强两湖适应能力.这是长江修复和保护重点.
- 周建军张曼
- 关键词：水库调节河道冲刷河流保护
- 长江上游水库改变干流磷通量、效应与修复对策被引量：40
- 2018年
- 磷主要随河川径流循环,是水域重要营养或污染物质,是长江及河口浮游生物限制因子.在自然与人类活动作用下,磷循环规律及变化对水生态环境具有重要作用.本文根据实测资料、理论和模型系统分析了长江磷自然循环属性、水库作用及可能的环境影响.长江磷以颗粒态为主,与泥沙关系密切,受水库影响大量沉积;颗粒磷的潜在生物有效磷(BAP)较高,总量超过人类排放;自然背景下磷与淡水系统关系较小,到河口及周边海域释放BAP是这里生态系统关键的营养资源;水库拦截使在底泥沉积并在缺氧环境释放的BAP成为河流上游潜在污染源.水库拦沙也破坏了下游河流泥沙的磷缓冲机制,增加环境脆弱性,降低污染承受能力,抬高水库下泄背景溶解磷浓度和河口碳、氮的相对程度,增加干流最下游大型水库污染和水华风险.另一方面,实测资料对比研究表明,我国河流地表水环境监测规范中的磷分析方法存在问题,采用"澄清样"方法使磷大量漏测,上下游、河湖库及汛枯期间磷通量监测口径不同、标准不一,很难适应流域一体化管理要求;依此监测的评估也会严重低估水库作用,忽视其拦磷和抬高背景溶解磷等机制,误导污染源解析,影响环境管理与决策.流域水库改变泥沙、磷及循环规律是当前长江干流环境条件的实质性改变,是长江保护生态面临的主要问题和修复重点之一,建议在大型水库持续挖泥用以功能性修复河流物质通量和消除上游潜在污染内源.
- 周建军张曼李哲
- 关键词：磷泥沙水库
- 大坝下游冲积河流修复与保护对策研究被引量：4
- 2014年
- 人类活动已经改变了江河泥沙通量,下游平原冲积河流地貌、生境和生态条件正在发生剧烈变化.保护下游河流,维持河流健康、稳定和长期安全是我们面临的巨大挑战.分析了冲积河流纵向地貌形态及其与河流泥沙等通量的关系,以及在河流泥沙中相对较少的粗泥沙对下游平原冲积河流平衡比降的作用,证明这些粗沙是维持下游河流稳定的关键因素.同时,分选粗沙是河道型水库淤积的重要特征,在当前挖泥技术和经济能力条件下,在水库变动回水区较大规模挖粗沙已经具有很大的可行性.因此建议：①研究在三峡库尾挖粗沙2 000万～3 000万t/a（弃置坝前、返回下游河流）以抑制长江中下游河道出现大幅度冲刷的可能性;②探求利用小浪底等于流水库分选粗沙、挖粗沙（5 000万t/a）并在中游放淤区堆放,实现黄河下游河道不抬高.
- 周建军张曼
- 关键词：粗沙河流修复
- 水库及河道淤积控制研究新方向被引量：1
- 2010年
- 水库及河道泥沙淤积是长期没有很好解决的重大问题。本文作者根据河流泥沙在水库中的分选淤积特性、粗沙对水库及河道淤积的严重影响,以及当前挖泥技术和能力可保证的水库挖粗沙规模和效益方面的可行性等提出通过在大型河道型水库回水末端固定河段或在河道上游的径流式水库持续挖粗沙降低淤积平衡坡降、实现水库及河道淤积控制的新途径。研究表明这一方式可明显降低三峡水库长远淤积,对缓解黄河下游持续淤积也可发挥作用。建议水利部重视并组织开展全面研究,争取为我国多沙河流水库及河道淤积控制寻找一个新的方向。
- 周建军曹慧群张曼
- 关键词：泥沙淤积粗沙多沙河流水库
