三峡水库运行后长江中游洪、枯水位变化特征

流域大型水库蓄水后,坝下游河道调整过程中的洪、枯水位变化,对下游水安全、水生态和水资源利用影响甚大.利用1955-2012年长江中游各水文站水位、流量等资料,采用改进的时间序列分析方法,对三峡水库运行前后长江中游洪、枯水位变化特征进行了研究,结果表明:三峡水库蓄水前长江中游洪、枯水位变化的周期长度分别为9~14、11~15 a,在假设三峡水库运行后水位无趋势性变化的前提下,估算得到的水位变化周期长度基本在20 a以上,蓄水前的自然周期性已被打破,枯水位发生趋势性下降且无复归迹象,而洪水位波动周期虽有所延长,但上升幅度未超过历史波动变幅,仅可确定洪水位没有明显的下降趋势.三峡水库蓄水后坝下游长距离冲刷,枯水河槽冲刷量占平滩河槽的比例逐年增加,累计至2013年已达91.5%,是枯水位下降的主控因素.河槽冲刷导致的床沙粗化增加了河道床面阻力,高程在平滩水位附近的滩体上覆盖的大量植被增加了水流流动阻力,同时大量航道整治、护岸、码头等工程主体部分布设在枯水位以上,综合因素作用使得洪水河槽阻力增加.三峡水库蓄水后,虽然枯水期流量补偿作用显著削弱了枯水位下降的效应,但枯水位下降事实已经形成,不利于航道水深的提高及通江湖泊枯水期的水量存蓄,洪水位未明显下降,同级流量下的江湖槽蓄量不会明显调整.     

三峡工程运行后荆江河段分汇段航道水深资源及碍航驱动机制

系统解析长江中游河湖交汇区域航道水深资源的变化,可支撑“黄金航道”的可持续发展。本研究以洞庭湖-荆江交汇段为对象,研究洞庭湖分汇区域水沙条件、荆江河段滩槽演变与河湖交汇段航道水深资源的关系。研究表明:三峡工程运行以来,洞庭湖三口分流量和分沙量延续了三峡工程运行前的减少态势,伴随洞庭湖分流量减少,相对增加的长江干流径流量增强了河床冲刷强度,反馈使得洞庭湖三口分流量和分沙量均处于较低值;荆江河段河床冲刷给航道尺度提升奠定了有利基础,河湖分汇区域不满足4.5 m×200 m(水深×宽度)的长度为12.6 km,占荆江河段碍航总长度的68.35%。碍航驱动机制上:松滋口分流区段(枝城-昌门溪)的4.5 m水槽贯通但宽度不足200 m,汊道分流关系不稳定及洲滩萎缩制约航道条件稳定,枯水位下降及“坡陡流急”现象仍然严峻,不利于航道条件保障及船舶安全航行;太平口分流区段水位下降、洲滩萎缩、汊道交替发展使得枯水航路不稳定或水深不足4.5 m;藕池口分流区域的洲滩崩退、洲滩冲刷引起的向下游泥沙输移,碍航表现为航宽不足200 m或出现水深不足4.5 m的浅滩;洞庭湖入汇影响区段(熊家洲-城陵矶)受弯道冲淤...     

三峡工程运行前后的长江中游河段冲淤变化(1975-2017年)

气候变化和流域人类活动等综合影响改变了河道演变的自然进程,尤其是流域大型水库的影响,深刻改变了下游的水沙通量与河道演变过程及趋势.以三峡工程为对象,研究坝下游水沙通量及河道演变过程对三峡工程运行的响应关系,可加深大型水利枢纽运行对下游河道演变影响的认识.本文以长江中游河段（宜昌-湖口河段）为研究对象,分析1975-2017年河道冲淤变化,结果表明：近40年来,长江中游河床已发生了累积性的冲刷,近坝段砂卵石河段冲刷强度先增强后减弱,沙质河段冲刷强度呈增强态势.三峡工程运行后不同河型演变特征归纳为：分汊河段江心洲以冲刷为主,上荆江河段内实施的航道整治工程稳定了江心洲形态,但面积受清水下泄的影响呈减小态势,枯水期主汊分流比呈减小态势,部分汊道发生了主支汊交替变化;下荆江及下游分汊河段江心洲面积虽然交替变化,整体上航道整治工程控制了江心洲规模;弯曲河段凸岸侧边滩以冲刷为主,急弯段的凹岸侧深槽淤积,微弯段凸岸边滩冲刷,对应的凹岸侧深槽相对稳定.     

长江下游仪征河段汊道分流属性及航道滩槽演变机制

长江下游仪征河段处于枯季潮流界的上边界,揭示其汊道分流属性及滩槽联动演变机制,对河势控制工程及深水航道工程实践具有重要意义.本研究收集了1955—2021年水文泥沙及地形等资料,在汊道分流关系及调整成因上:世业洲右汊的分流属性为枯水倾向型汊道,即低流量时期分流比大于高流量时期;1959—2021年期间,世业洲右汊分流比经历了“稳定-下降-上升”的调整过程,上游河段滩槽格局调整及流域来沙减少引起的汊道间不均衡冲刷是分流关系调整的主因;流域流量过程调整、河道崩岸等综合影响引起1959—2017年期间世业洲右汊分流比为减小态势,航道工程实施起到了调控汊道关系的功能,世业洲右汊分流比为增加态势.在滩槽联动演变关系上:仪征河段进口段以展宽为主,世业洲左汊展宽程度大于右汊,左汊河床形态变化与进口段滩槽形态的一致性关系优于右汊,即上游进口段滩槽演变、流域来沙量减少等综合作用会加速了左汊发展;2015年南京以下12.5 m深水航道二期工程建设以来,工程区域淤积且洲体完整性增强,且深槽冲刷及河槽容积增大,表明航道工程已实现汊道分流关系及滩槽调控的功能.     

三峡工程运用后长江中游河床调整沿程变化特点

三峡工程运行后,坝下游河道发生持续冲刷。本文研究了长江中游(955 km)不同河段沿程演变差异及其原因。总体而言,河床形态调整幅度自上而下减弱,这是因为在河床持续冲刷过程中,水流含沙量沿程恢复,故越往下游冲刷相对缓慢。平面形态方面,长江中游岸线崩退及洲滩变形的强度均呈沿程减弱趋势,且在荆江河段最为显著。断面形态方面,河床冲深幅度在宜枝下段>荆江河段>宜枝上段>城汉河段>汉湖河段。理论上距离三峡工程最近的河段冲刷应最为剧烈,但由于宜枝上段床沙粗化显著,限制了冲刷的进一步发展。过流能力方面,宜枝河段由于距洞庭湖较远,并未受到入汇顶托作用,故其平滩流量的调整基本由进口水沙条件控制,并随着河床冲深下切而增大;对于荆江、城汉和汉湖河段,河床冲刷虽显著,但支流或湖泊的入汇顶托对平滩流量产生的影响大于前者,故平滩流量总体随上下游水位差同步波动。     

考虑河道整治工程影响的一维水沙数学模型及其应用

在冲积河流上,各类河道整治工程的实施一定程度上会影响河床的演变过程.本文通过改进现有的一维水沙数学模型,重点研究护岸及护滩(底)这类限制河床进一步冲刷的整治工程对水沙输移及河床冲淤变形的影响.首先对固定断面的各节点采用特定的代码进行标记,以此区分河漫滩、有或无整治工程的主槽区域.然后对悬沙输移及河床冲淤变形模块进行改进:当断面发生淤积时,其形态调整不受整治工程的影响,淤积量将在整个断面上进行分配;当发生冲刷时,断面形态调整仅发生在未实施工程的位置或者受工程限制但形成了一定厚度淤积层的区域;在实施了整治工程且无法提供沙源的区域,河床冲刷则不会发生.最后长江中游荆江段2016年的模拟结果表明:考虑整治工程情况时,改进模型计算的河道冲刷量偏小且与实测值更为接近;河槽断面形态与实测结果也更为吻合.     

长江中游的泥沙淤积问题

长江上游年产泥沙5.12×10⁸ t, 经宜昌输入中游, 长江中游干流及各支流年产沙约 0.80×10⁸ t. 这两部分中约1.24×10⁸ t沉积于中游河湖中, 4.68×10⁸ t经大通输入下游, 沉淤于河道及长江三角洲或入海. 长江中游的泥沙, 总体是淤大于冲, 但是冲淤的地理分布、时间段分布和河床断面分布不均衡. 长江干流的宜昌-城陵矶段、九江-大通段冲大于淤或冲淤平衡. 淤积主要发生在长江干流以武汉为中心的螺山-武汉-黄石段以及洞庭湖区和鄱阳湖区. 即使在主要淤积江段, 也有局部时段和江段以冲刷为主. 主泓所在的河槽以冲刷为主, 而河道两侧或河道之间的洲滩, 则以淤为主, 形成高而平的漫滩, 往往被人为改造成圩垸. 荆江以北的江汉平原因有大堤从长江隔开, 只有汉水少量泥沙供应, 冲淤量很小, 再加上构造沉降的累计效应, 其地面高程绝大部分低于干流洲滩数米. 螺山-武汉-黄石段的淤积导致该段及以上江段洪水位抬高. 干流断面冲槽淤滩使长江中游河道的典型形态呈深河谷、高漫滩, 靠干堤保护堤内平原. 这种断面在洪水时成为在同等水量下, 水位不断抬高的原因. 高水位要高堤防来防堵, 这就增加了堤防压力、水头压力, 容易导致管涌、渗漏等险情. 堤外滩及洪水位与构造沉降的堤内平原间的高差不断增大. 三峡工程建成后, 水库拦沙及中游河道冲深, 可使同流量下水位大幅度降低, 但城陵矶-武汉段冲刷量很小, 不能解决该段及以下江段的泥沙淤积问题, 因此江汉平原因相对于洪水位地势过低而造成的洪涝灾害及相关环境问题, 仍将是中游长远的重大隐患.     

[专稿]近年长江中下游径流节律变化、效应与修复对策

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.     

三峡水库蓄水后下荆江河段典型洲滩调整机理

三峡工程运行后长江中下游河道洲滩普遍冲刷萎缩,航道条件极不稳定.为探究影响洲滩演变的主控因素,采用近期水文、泥沙和地形观测资料,以下荆江铁铺水道广兴洲边滩为例,分析了边界条件、水沙过程及整治工程等因素对洲滩调整特征的影响程度.结果表明:洲滩组成中的细沙(0.125 mm15000 m³/s)有一定关系,其持续时间越长,一般表现为滩体面积越小;汛期悬移质分组沙输移过程中,细沙的大幅减少导致边滩萎缩明显,其影响程度比漫滩流量更大.滩体冲淤变形特征与前3年漫滩流量下平均水流冲刷强度的相关性最好.守护工程实施后,漫滩流量下平均水流冲刷强度仍然较大,但滩体后退趋势得以抑制且小幅淤积,工程效果得以充分发挥.     

地球自转速率变化与河道演变及泥沙灾害关系初探

丰沙期及低频率、高强度洪水往往酿成泥沙灾害和洪涝灾害。地球自转变化是影响河道演变与诱发泥沙灾害的重要的自然因素,由长江、黄河及淮河的部分水沙资料及地球自转日长变化资料的初步分析表明,当地球自转由加速转向减速时,黄河下游出现枯水、少沙时期,长江中下游及淮河出现高频率、低强度洪水;而地球自转由减速转向加速时,黄河下游出现丰水期和中、丰沙期,长江与淮河出现低频率、高强度洪水,长江下游处于切滩旺盛期。在地球自转变化的转折点之间,河道处于相对稳定演变阶段,一般不会发生严重的洪涝与泥沙灾害。     

雅砻江中下游的背景噪声研究

发源于青海巴颜喀拉山南端,止于四川攀枝花市的雅砻江流域,全长1571 km,规划设计了21座梯级电站.2012年3月16日,雅砻江流域中下游水库诱发地震监测系统（一期）工程通过验收.该工程共布设了38个地震台站,跨越了桐梓林、二滩、官地、锦屏二级、锦屏一级共5级电站,总长度约500 km.经38个地震台站的数据计算出上述500 km长的背景噪声均优于1×10^-7 m/s,达到了相关规范的要求.除中下游的500 km外,雅砻江中上游长约1 071 km,海拔从2000 m升至4000m,且跨越了其余16级梯级水电站的噪声情况怎样？作者认为有必要做深入研究,并认为应以雅砻江为例,建立专门的水库地震噪声模型,以填补我国水系噪声模型为零的空白.     

太湖水系结构特点及其功能的变化

太源水系上游为树状排列的河流,下游为扇形排水系统,全区江河湖海相贯通,受海潮和江流的作用,下游水系多变,防洪抗灾能力脆弱。近年来,虽经治理,该水系仍出现了“中雨大灾”,水资源不足及水质污染突出等一系列功能性的变化。     

An approach for measuring confinement and assessing the influence of valley setting on river forms and processes

Valley setting and confinement (or lack thereof) are primary controls on river character and behaviour. Although there are various proxies for valley confinement, direct measures that quantify the nature and extent of confinement are generally lacking and/or inconsistently described. As such they do not lend themselves to consistent analysis over large spatial scales. Here we clearly define forms of confinement to aid in quantification of degrees of confinement. Types of margin that can induce confinement are differentiated as a valley margin, valley bottom margin, and/or anthropogenic margin. Such margins sometimes overlap and share the same location, and in other situations are separated, giving immediate clues as to the valley setting. We apply this framework to examples from Australia, United States and New Zealand, showing how this framework can be applied across the spectrum of river diversity. This method can help to inform interpretations of reach‐scale river behaviour, highlighting the role of antecedent controls on contemporary forms and processes. Clear definitions of confinement are shown to support catchment‐scale analysis of river patterns along longitudinal profiles, and appraisals of the geomorphic effectiveness of floods and sediment flux in catchments (e.g. process zone distribution, lateral sediment inputs and (dis)connectivity). Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

Challenges and objectives for geomorphology in U.K. river management

This paper reviews some of the challenges and objectives in the application of fluvial geomorphology to improved river management in the U.K. It describes the mechanisms by which geomorphology can be applied to solve problems, including the development of design guidance, policy, management approaches, procedures and training. While it is true that geomorphology is being used increasingly, there remain a number of challenges, such as the need to promote a more professional image and to develop appropriate standards. The scientific basis on which decisions relating to the water environment are made needs to be developed further. Perhaps some of the most significant challenges for fluvial geomorphology in U.K. river management during the next decade will concern river and floodplain restoration.     

关于创建川滇水库地震监测预报研究实验场的建议

川滇两省水能资源开发量位居全国前茅,尤其是川滇交界区域的雅砻江、大渡河、金沙江流域的水能资源富甲全国,在西部大开发中的战略地位极其重要,国家即将在此建成一个位于全球破坏性地震多发区域的巨型水库密集区。具有全球难寻的监测、预报、研究水库地震的资源优势。建议用完全开放的创新思维,在此区域创建水库地震监测预报研究实验场,具有重要的防震减灾现实意义和历史意义。     

黄河伊洛河中下游鱼类多样性及群落结构

为了解伊洛河中下游鱼类多样性、群落结构及其与环境因子的关系,于2016年2-12月对伊洛河中下游5个河段开展鱼类多样性及环境调查.共采集鱼类12361尾,43种,隶属于4目9科37属.伊洛河中下游鱼类群落的Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数、Pielou均匀度指数和Simpson指数变化范围分别为1.75~2.38、2.44~3.63、0.59~0.76和0.73~0.86.各指数均以西草甸河段最高.各河段优势种以（Hemiculter leucisculus）、似鳊（Pseudobrama simoni）、鲫（Carassius auratus）、兴凯鱊（Acheilognathus chankaensis）和鳑鲏属（Rhodeus）等小型或广适性鱼类为主.丰度/生物量比较（ABC）曲线显示,除西草甸河段外,各河段优势鱼类群落均受到不同程度的干扰.其中七里铺和黑石关鱼类群落处于严重干扰状态,以小型鱼类或大型鱼类的幼鱼为主.采用冗余分析方法分析了鱼类群落结构与环境因子的关系,发现除了河床、水流、捕捞等因子以外,氨氮、总磷浓度与pH是导致伊洛河中下游鱼类群落结构差异的主要影响因子.针对伊洛河鱼类多样性现状,建议加强流域水质监管,恢复河流连通性,推进保护区全面禁渔,开展生态修复等以恢复伊洛河河流健康.     

Post‐European settlement response gradients of river sensitivity and recovery across the upper Hunter catchment,Australia

Most analyses of river adjustment have focused on parts of catchments where metamorphosis has occurred. This provides a non‐representative view of river responses to human‐disturbance. Although many rivers have been subjected to systematic land‐use change and disturbance, significant variability is evident in the form, extent and consequences of adjustment. This study documents the catchment‐wide distribution of river sensitivity and adjustment in the upper Hunter catchment, New South Wales, Australia in the period since European settlement. The spatial distribution and timing of lateral, vertical and wholesale river adjustments are used to assess river sensitivity to change. The type and pattern of rivers, influenced largely by valley setting, have induced a fragmented pattern of river adjustment in the upper Hunter catchment. Adjustments have been largely non‐uniform and localized, reflecting the predominance of bedrock‐controlled rivers which have limited capacity to adjust and are resilient to change. Less than 20% of river courses have experienced metamorphosis. Phases of reach‐scale geomorphic adjustment to human disturbance are characterized as a gradient of primary, secondary and tertiary responses. In general terms, primary responses such as cutoffs or straightening were followed by secondary responses such as channel expansion. These secondary responses occurred between 50–70 years after initial disturbance. A subsequent tertiary phase of river recovery, denoted as a transition from predominantly erosional to predominantly depositional geomorphic processes such as channel contraction, occurred around 70–120 years after initial disturbance. Such responses are ongoing across much of the upper Hunter catchment. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

三峡水库蓄水前后长江中下游流量频率分布特征及其对洪水造床作用的影响

三峡水库蓄水前后长江中下游流量特征变化及其对造床作用的影响一直受到学者的关注.采用枝城等6个水文站日均流量资料,分别统计了各站流量的经验频率分布,检验了8种概率密度函数的适用性,并讨论了三峡水库蓄水前后流量频率分布特征与造床流量的关系.研究表明:长江中下游干流洪中枯各级流量的频率分布具有分段特性,无法用皮尔逊Ⅲ型或对数...     

Temporal variation of river flow renewability in the middle Yellow River and the influencing factors

In the past 30 years, the measured annual river flow of the Yellow River has declined significantly. After adding the diverted water back to get the ‘natural’ annual river flow, the tendency of decrease can still be seen. This indicates that the river flow renewability of the Yellow River has changed. The river flow renewability is indexed as the ratio of annual ‘natural’ river flow to annual precipitation over a river drainage basin, where the ‘natural’ river flow is the measured annual river flow plus the annual ‘net’ water diversion from the river. By using this index, based on the data from the drainage area between Hekouzhen and Longmen stations on the middle Yellow River, a study has been made of the river flow renewability of the Yellow River in the changing environment of the past 50 years. The river flow renewability index (I_rr) in the drainage area between Hekouzhen and Longmen in the middle Yellow River basin has been found to decline significantly with time. In the meantime, annual precipitation decreased, annual air temperature increased, but the area of water and soil conservation measures has been increased. It has been found that I_rr is positively correlated with the areal averaged annual precipitation, but negatively correlated with annual air temperature. There is close, negative correlation between I_rr and the area of water and soil conservation measures including land terracing, tree and grass planting and checkdam building, implying that water and soil conservation measures have reduced the river flow renewability. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

水系展布方式与断裂活动程度的关系

作者在研究中发现水系的展布集中于区域内主要的活动断裂带方向及其正交方向上，并且断裂带活动程度越高，这种集中越明显，在文中，运用岩石破裂试验结果及水系展布受构造活动影响的观点对此进行讨论。