水沙调节后三峡工程变动回水区泥沙冲淤变化

长江上游溪洛渡、向家坝等水电工程的建设,改变了进入三峡水库变动回水区及库区的水沙环境。上游水库水沙调节后,变动回水区的泥沙淤积情况将会发生相应变化。在分析三峡工程变动回水区水沙特性的基础上,应用建立的适合多连通域的贴体正交曲线坐标系下的二维水沙数学模型,根据三峡工程初步设计阶段选定的1961-1970年(简称60系列)及上游水库水沙调节后的水文系列及相应进出口边界条件,预测了重庆主城区河段100年泥沙冲淤的时空变化规律。研究表明,60水沙系列条件下,该河段淤积比较严重,淤积主要位于岸线凹凸不平的弯沱、回流区及河道的宽浅河段;上游水沙调节后,仅局部岸线凹凸不平的弯沱有少量泥沙淤积,主城区川江段的淤积量仅为60系列的17.4%,嘉陵江段仅为60系列的10.3%,这对三峡水库有效库容的保持及主城区河段岸线利用有利。     

三峡工程运用对近期荆江段平滩河槽形态调整的影响

针对近期荆江段河槽形态的显著调整,定量研究了三峡工程运用对其造成的影响。计算了2002—2013年该河段断面及河段尺度的平滩河槽形态参数,并建立这些参数与宜昌站汛期水流冲刷强度的经验关系。还原了在无三峡工程时宜昌站的水沙数据,计算了相应的河槽形态参数,分析了有、无三峡工程时荆江段河槽形态调整的差异。计算结果表明:三峡工程运用后近期荆江段平均河床比降略有调平,河段平滩水深逐年增加,但平滩河宽变化较小,使得河相系数减少6.7%~10.3%;无三峡工程时平滩河槽形态调整较缓,河段平滩水深及面积的增幅分别仅占有三峡工程时的16%和18%。故三峡工程运用没有改变近期荆江段河槽形态趋于窄深的调整趋势,但一定程度上加快了调整过程。     

长江中游瓦口子至马家咀河段二维水沙数学模型

针对长江中游瓦口子至马家咀河段(弯曲分汊河段)的水沙运动特点,给出了二维水沙数学模型尤其是推移质不平衡输沙计算的模式,主要包括推移质不平衡输沙方程、床沙级配方程、河床变形方程;对模型中的几个关键问题提出了处理方法,如非均匀沙起动及输移规律、床面混合层厚度等.利用大量的水流及河床变形资料,率定了模型的一些参数,进行了水面线、流速分布及河床变形的详细验证.在此基础上,根据设计部门提供的进出口水沙边界条件,预测了三峡工程蓄水初期该河段的冲淤过程与分布及航道条件的变化.     

三峡工程对宜昌-监利河段水温情势的影响分析

三峡工程蓄水使得下游长江河道水温情势发生显著变化,并对下游生态环境产生重要影响。基于宜昌水文站14年的实测资料,采用纵向一维水温模型模拟分析了宜昌至监利300 km河道水温变化过程,探讨了不同蓄水期三峡工程下泄水温变化对坝下鱼类产卵场的影响程度。结果表明:①三峡工程蓄水后宜昌断面水温出现了平坦化及延迟现象,低温水和高温水效应明显;175 m蓄水期宜昌断面4月、12月,水温分别较蓄水前改变-4.3℃、3.7℃。②三峡工程的运行使得下游河道水气热交换量发生变化,但干流流量较大使得水温沿程恢复效果较弱;工程调蓄对坝下河段的影响占主导作用,三峡工程调蓄对监利断面4月、12月存在-3.2℃、3.0℃的温度影响。③三峡工程蓄水后,宜昌中华鲟产卵场冬季20.0℃的水温出现时间推迟1~4旬,监利四大家鱼产卵场春季18.0℃的水温出现时间推迟1~3旬,并随着蓄水位的抬升,推迟幅度逐渐加大。     

三峡工程运用初期石首河弯河势演变三维数值模拟

采用考虑河岸坍塌的三维水沙数值模型,对三峡工程运用初期石首河弯的河势演变进行了模拟分析.数值模型中采用基于非正交网格的局部网格可动技术,将传统水沙模型与二元结构河岸坍塌力学模型相结合.利用三峡水库蓄水前后2002~2004年石首河段冲淤演变资料对模型进行了验证,模拟结果与实测结果吻合较好;模型不仅能模拟出河道的垂向冲淤过程,而且还可模拟出由河岸坍塌所引起的河道横向摆动过程.计算分析了三峡工程运行至2016年末河段的河势演变情况,结果可为河段的河道整治提供参考.     

含沙量和悬沙粒径变化对长江宜昌-汉口河段年冲淤量的影响

依据三峡水库修建以前的资料,运用数理统计方法对含沙量和悬沙粒径变化对长江宜昌-汉口河段年冲淤量的影响进行研究,以期为三峡水库修建以后库下游河道冲淤特性的预测提供参考。建立了1980-1997年间宜昌-汉口#河段年冲淤量与宜昌站年均含沙量C宜昌之间的回归方程,据此估算出使宜昌-汉口#河段处于不冲不淤状态的宜昌站临界年均含沙量为0.734 kg/m3。以宜昌-汉口冲淤量作为因变量,以宜昌站的含沙量、悬沙中径D50、最大流量和三口分流比作为影响变量,建立了多元回归方程。基于1980-1997年资料的方程表明,宜昌站含沙量越高,悬沙中径越粗,宜昌站洪水流量越大,宜昌-汉口河段年淤积量越大;三口分流比越小,宜昌-汉口河段年淤积量越大。     

三峡蓄水后典型河段分形维数的变化分析

针对三峡工程蓄水后下游河道河床表面形态的变化,采用分形维数对河床表面形态进行量化,并分析河道冲淤调整特点,对河床表面分形维数(BSD)的变化特点及物理意义进行探讨。结果表明,BSD与河床各个剖面形态之间的关系是整体与部分的关系,BSD能全面地反映床面形态的复杂程度。三峡蓄水后,宜昌-虎牙滩和宜都河段BSD明显增大,关洲河段增大幅度较小,而芦家河河段BSD值略有减小,同时,各河段BSD的变化可在一定程度上表征三峡蓄水后下游河道河床综合阻力的调整结果。可通过对各河段演变趋势的分析,来预测其BSD的变化,进而为分析其阻力和水位的变化趋势提供依据。     

长江上游近期水沙变化特点及其趋势分析

对长江上游主要控制站水沙量进行了统计分析。近期长江上游水沙变化特点主要表现为:与1990年前相比,1991-2002年宜昌站年均减少沙量约1.3亿t;金沙江屏山站年均增加沙量约0.35亿t,其占宜昌站的百分数由51.8%增加到71.9%;嘉陵江北碚站年均减少沙量约0.985亿t,占宜昌站的百分数由25.7%减小至9.1%。采用滑动平均法以及Spearman秩次相关检验和线性回归检验等方法,对屏山、北碚和宜昌等3站水沙变化趋势进行了分析,分析结果表明:宜昌站径流量无趋势性变化,但输沙量有减小趋势;北碚站水沙减小趋势均较为明显;屏山站径流量无趋势变化,但输沙量有一定的增大趋势。另外还对影响长江上游水沙变化的降水量、水土保持措施、水库拦沙以及人类活动增沙等主要因素进行了分析。     

近50年来长江水沙变化规律研究

较为系统地研究了近50年来长江流域不同河段、不同时段的水沙变化特性。从多年平均情况来看,长江上游水沙异源、不平衡现象十分突出,干流石鼓至宜昌沙量沿程增大,宜昌以下干流河道输沙量沿程减小,悬沙中值粒径也沿程变细;1991~2002年长江干流各站径流量变化不大,输沙量明显减少;2003～2010年长江上游来沙减小趋势仍然持续,加之三峡水库蓄水拦沙作用,坝下游输沙量大幅减小,悬移质泥沙粒径沿程变粗,至监利站粗沙量已基本恢复到蓄水前的水平。三峡水库蓄水运用后,长江中下游径流年内分配、泥沙来源和地区组成均发生新变化;荆江三口分流分沙量继续减小,洞庭湖湖区淤积减缓;三峡工程蓄水运用不仅改变了长江上游与中下游的冲淤环境,而且也进一步促进了长江中游江湖泥沙分配格局的调整。     

长江涪陵白鹤梁历史枯水题刻研究应用

历史枯水,文献记载极少,调查访问时人们印象不深,更重要的是难以计量表达应用。三峡工程水文研究河段（江津至宜昌）历史枯水得天独厚,以丰富的题刻文字形式遗存,经多次调查发现,积累了科学的历史资料。该河段历史枯水题刻文字,最早见诸文献的有重庆朝天门灵石题刻...     

三峡水库蓄水后长江中游水沙时空变化的定量评估

定量评价三峡蓄水后长江中游流域水文情势的时空变化,为长江中游生态保护和区域水资源管理提供科学依据。采用变化范围法分析了长江干流5个水文站的流量、含沙量日均数据,定量评估了三峡工程蓄水后,长江中游水沙变化度最大的江段和水文指标类别,及其对应的生态影响。研究结果表明三峡蓄水后,下游河道含沙量的变化度远大于流量,除城陵矶站外,含沙量较蓄水前有了大幅度下降,宜昌站的含沙量下降幅度达到了一个数量级,洞庭湖对长江干流含沙量有明显的调蓄作用。流量的变化度随着与大坝距离的增加而减小,且在7~11月流量下降幅度明显。这些水文节律的变化将影响下游鱼类产卵栖息地以及滞洪区水生生物与周边植被的生长。     

黄河河口段一维水流泥沙数学模型

针对黄河河口段河道来水来沙特性和河道冲淤演变特点,综合考虑了断面上水沙分布和冲淤分布不均匀,阻力变化、河口三角洲淤积延伸等问题,建立了黄河利津以下河口段一维水流泥沙数学模型。用该模型对多年汛期和冬季河口段内水沙进行验证计算表明:计算结果与实测结果基本吻合。本模型可用来预测河口段内沿程不同时刻水位、含沙量及河床冲淤的变化过程。     

三峡水库运用后长江中下游造床流量变化及其影响因素

随着三峡水库的运用,其下游的造床流量发生变化,研究坝下游造床流量的变化特性及主要影响因素对河道的冲淤特性及河床演变机理研究有着重要意义。根据1981—2015年的资料,采用平滩水位法、马卡维耶夫法和流量保证率法计算三峡水库蓄水前后宜昌、枝城、沙市、监利、螺山、汉口、九江、大通各站的造床流量。结果表明:①马卡维耶夫法同时考虑了流量过程和输沙能力的影响,计算结果相对合理。②蓄水后各站造床流量减小3 000~6 000 m3/s,符合坝下游主要冲淤变形部位由平滩河槽调整为中枯水河槽的变化特性,反映了结果的合理性。具体来看,时间上,2009年以后造床流量的减小趋势更为明显;空间上,从绝对值来看,以监利站为转折点,从宜昌至大通呈先减小后增大的趋势。③造床流量对来水量和洪峰流量的响应较为敏感,与之呈正相关关系。     

大通河流域水能水资源开发对河流水文过程和环境的影响

根据水文观测和引水与水电开发资料,分析了大通河流域水能水资源开发利用现状及其对河流水文过程与生态环境的影响.结果表明：由于区域用水和跨流域引水,使大通河中下游河道的水量减少,水环境容量减小,其中,青石嘴、天堂、连城(二)站3-11月平均流量分别减少0.6%~9.6%、0.5%~3.8%、1.7%~52.9%. 自1994年引大入秦工程建成跨流域引水后,连城(二)站年径流量开始减少,1994-2010年平均径流量比1977-1993年减少了5.7%;引大济湟工程建成通水后,加上引大入秦和引硫济金工程,引水总量将达到12.33×10⁸ m³,占大通河多年平均径流量28.16×10⁸ m³的43.8%,对河川径流的影响十分显著. 至2011年,大通河上已建成梯级电站34座,洪水期电站同时泄水会瞬间加大河道流量,枯水期蓄引水又使减水河段水量减少. 梯级水电站群无序蓄放水使洪水过程由天然的平稳状态转变为人工干预的剧烈变化状态,上下游洪峰不对应,对下游地区的防洪安全产生极大威胁. 过度的水能水资源开发,使大通河中下游部分自然河段出现淹没、断流,水生物和两岸的植物萎缩,水环境污染加重,对生态环境产生负面影响. 建议实行流域水资源统一管理,对梯级电站下泄水量统一调度,在减水河段预留必须的生态基流,确保河道内外生态用水;加强河道水位、流量、泥沙、水环境、水生物监测,为流域防汛、水资源管理、生态环境保护等提供决策依据.     

水电开发对大渡河瀑布沟以下河段的水温影响

为探究水电开发对大渡河水温过程的影响,采用原型观测和数学模型相结合的方法,对比分析了瀑布沟电站开发前后下游河道的水温时空变化特性。研究成果表明,与天然情况相比,现阶段瀑布沟下游沿程水温出现了明显的均化效应和延迟效应以及春夏季低温水、秋冬季高温水现象,最大降温2.4℃出现在4月的龚嘴尾水断面,最大升温3.3℃出现在12月的瀑布沟尾水断面;瀑布沟下游小型水库均未出现水温分层现象,但形成的蓄水体对沿程升温有一定的弱化,沿程增温率由天然状态的0.8℃/100 km降至现阶段的0.5℃/100 km;采用考虑了机械能转化的数学模型能较好地模拟瀑布沟下游河道的水温过程,率定得到的"机械能-内能"转化率为55%。     

雅砻江下游梯级水库生态友好型优化调度

根据雅砻江下游梯级水库水电站的布置和河道生态环境要求,分别设置了两个流量控制断面:锦屏二级电站引水闸址下减水河段、二滩电站坝址下游河段.针对这两个控制断面河道流量的要求,提出了25组生态流量控泄方案,建立了以梯级水电站群发电量最大为目标的长期优化调度模型,并采用动态规划法进行求解,获得各个方案下梯级水电站群多年平均发电量及水库调度出流过程.比较分析了减水河段生态流量及二滩水库泄流控制方案对发电量的影响,定义并计算了生态需水电能损失指标.对梯级水库调度出流过程进行了初步评价.结果表明:二滩水库出流维持天然径流模式,将限制水库调节能力和减少梯级电站发电效益.     

荆江三口分流变化及三峡水库蓄水影响

长江中游荆江的水沙通过三口洪道分流入洞庭湖,三口分流是荆江-洞庭湖关系调整的驱动因子,为揭示其变化特征及三峡工程运用的影响,基于大量的原观数据,系统研究了近60年三口分流比的变化过程,提出其显著调整特征及诱发因素,引入径流还原计算方法,量化了三峡水库不同运用方式对三口分流量的影响幅度。结果表明:①特大洪水及重大人类活动等诱发因素作用下,三口分流比出现4~5年持续性减小的趋势调整期,之后进入分流比稳定恢复的平衡调整期;②2003-2014年,三峡水库汛前枯水补偿调度使得三口分流量年均增加8.000亿m3,汛后蓄水使得三口分流量年均减小29.00亿m3,对三口分流综合影响量为年均减少21.00亿m3,占同期三口年均分流量的4.29%。