考虑综合利用要求的三峡水库提前蓄水方案

采用三峡水库汛期分期方案,将蓄水时间提前至汛末期,综合考虑上下游防洪、发电、通航和蓄满率等要求,建立了多目标蓄水调度模型,构建了"优化-模拟-检验"的算法流程,采用遗传算法进行求解。结果表明,最优方案在满足上下游防洪安全要求的前提下,蓄水期可增发电量17%,减少弃水44%,蓄满率和通航保证率显著提高。通过对汛末期防洪库容进行科学划分和对蓄水调度图进行优化,既确保防洪安全又最大限度挖掘兴利效益,为研究水库汛末蓄水调度问题提供了一种新的思路和方法。     

永定河流域多水源配置与水库群优化调度

针对流域水资源系统中以“面”为主的多水源配置和以“线-点”为主的水库群调度耦合问题,提出多水源配置与水库群优化调度相耦合的二层结构方法。以永定河流域为研究实例,提出包括供水规则、引水规则、多水源供水策略以及共同供水任务分配策略的多水源配置与调度规则,以此建立多水源配置与水库群优化调度模型,分析多水源供水和不同需水情景下的调度方案,以及最优方案下的供水效益。结果表明：永定河流域考虑本地水、引黄水、南水北调水和再生水的多水源供水与节水相结合的情景方案为最优方案,生活用水保证率均大于99%,工业用水保证率均大于97%,灌溉分区供水保证率为76.7%～90.2%(除桑干河上游外),三家店断面生态供水保证率为96.3%;通过多水源供水和节水策略,可以极大地改善用水户的供水效益和保障三家店断面生态水量需求。本文方法可为流域多水源配置与水库群优化调度研究提供借鉴。     

三峡水库生态调度目标研究

水库生态调度研究是当前国内外河流生态恢复研究中的热点问题。针对三峡水库具体情况,指出了现行水库调度存在的生态问题,进而以水库下游宜昌站作为分析对象,主要从维持天然河道内环境流量和有利于水库下游中华鲟和四大家鱼产卵繁殖的角度,确定了三峡水库生态调度目标,主要包括三峡水库下游河道内环境流量调度目标以及中华鲟和四大家鱼产卵繁殖期水库调度目标。三峡水库生态调度目标的确定可为三峡工程正式运行后制定合理的调度运用方案提供参考。     

三峡水库蓄水前后下游河床沉积物渗透系数的变化分析

三峡水库蓄水改变了下泄的水沙条件,引起坝下游水沙过程及泥沙输移特性发生变化,影响下游河床沉积物的渗透系数。基于黄河花园口实测沉积物渗透系数与颗粒粒度参数,拟合了渗透系数K关于平均粒径d50及分选系数σ的经验公式,并用该公式分析了三峡水库蓄水前后下游河床沉积物K的变化。结果表明:(1)三峡水库蓄水前、后三峡大坝下游渗透系数K整体上均呈向下游减小趋势,且越接近河口,变化幅度越小;(2)城陵矶以上河段,水库蓄水运用之后,渗透系数K值较蓄水前明显增大;(3)大通至徐六径断面间河段,水库蓄水后较蓄水前渗透系数K值变化幅度存在减小趋势。     

三峡水库汛末蓄水时间与目标决策研究

针对三峡水库运行中存在的防洪、发电与航运之间的矛盾,研究了汛末不同蓄水方案下,三峡水库的防洪风险、发电以及上下游航运效益的变化情况;通过寻求水库防洪、发电及航运之间的相互关系,建立水库水沙联合调度模型,对三峡水库汛末蓄水时间和方式进行了多目标决策;应用加权均衡规划排序模型对非劣方案进行评价,给出了三峡水库汛末蓄水运行的最佳方案,为三峡工程正式建成后制定合理的调度运用方案提供科学依据。     

基于库容分区运用的水库群生态调度模型

在不影响防洪、供水等现有利益格局的前提下,通过改善水库调度方式、发挥库群联合调控作用,提高生态供水保证率,是当前中国北方缺水地区流域水资源管理中的重大科学问题。把河流生态系统作为一个独立用水户,制订多用户分区运用水库群调度模拟规则,同时考虑调度方案对生态与发电的影响,建立水资源系统仿真模型,结合保证各用户供水保证率最大且尽可能均衡的目标函数,构建基于库容分区运用的水库群生态调度模型。将模型应用于海河流域滦河水系,提出了现状供水条件下潘家口、大黑汀和桃林口三大水库联合调度方案,绘制了水库群分区运用调度图,评价了调度方案对水力发电和下游生态系统的影响。结果表明,所提出的模型有效,水库群生态调度方案较之现行调度,可在不降低兴利和防洪效益的前提下,将河流生态系统供水保证率由46.9%提高到93.8%,生态水文改变度指标改善明显。     

三峡水库水环境承载能力的评价和分析

水环境承载能力是水环境保护的重要基础,是协调区域经济-社会-水环境可持续发展的科学依据。利用三峡水库水环境特性的研究成果,从水环境承载能力的概念及其特征出发,评价了三峡水库的水环境承载能力及其时空变化,并分析了三峡水库蓄水前和蓄水后水环境承载能力的变化。它不仅为三峡水库的水环境科学管理提供了技术支撑,而且为三峡水库水环境承载能力的深入研究打下基础。     

长江上游干流梯级水库群防洪库容互用性初探

根据《长江流域防洪规划》,长江上游已投入运行的、具有防洪功能的大型控制性水库总预留防洪库容超360亿m3,亟需研究科学实用的防洪调度方法。在定义防洪库容互用性涵义的基础上,探讨了长江上游水库群间防洪库容的互用性,提出了基于库容互用性的水库群防洪调度方法。以金沙江下游梯级和三峡水库为例,分析了二者之间防洪库容的互用比例。研究结果显示,对于1981年、1982年和1998年3个典型年的洪水,金沙江下游梯级水库相对于三峡水库防洪库容的互用比例在0.80~0.97之间,并受拦蓄洪量比例和拦蓄时机的影响。在实时防洪预报调度中,可根据水库群所处状态及防洪形势,基于防洪库容互用性研究成果,结合水文气象预报,科学有效地调度洪水。     

三峡水库蓄水期洞庭湖出湖水量变化

基于长江与洞庭湖一、二维耦合水动力模型,模拟了三峡水库蓄水前后洞庭湖湖区的水文过程,定量分析了蓄水期三峡水库蓄水与洞庭湖出湖水量的响应关系。结果表明:蓄水期三峡水库蓄水减少了荆江三口进入洞庭湖的水量,同时也改变了洞庭湖湖容变化的速度;相比还原情况,各典型年下9-10月洞庭湖出湖水量均明显减少,且10月份减少幅度大于9月份,11月变化不显著;9-10月荆江三口水量变化是洞庭湖出湖水量变化的主导因素,而11月主导因素是湖容的变化。通过多元回归分析,构建了三峡水库蓄水量与洞庭湖出湖水量、湖容变化量的响应关系,在湖容不变情况下,洞庭湖出湖水量减少量约为三峡水库蓄水量的23%。     

荆江河段泥沙冲淤对三峡水库汛期排沙的响应

三峡水库汛期排沙研究大多关注库区的减淤效应,对坝下游河道的冲淤影响尚需进一步研究,对优化水库调度和河道保护利用具有重要意义。以三峡水库下游荆江河段为对象,建立了荆江长河段二维水沙数学模型,并结合实测资料分析,基于三峡水库2018年7月排沙调度,通过设置不同的排沙比(7%～100%),计算分析了荆江河段冲淤对三峡水库排沙比的响应。结果表明：虽然荆江河段全年总体冲刷,但排沙比较大时汛期仍可能淤积,上荆江河段受排沙调度影响相对较大;总体而言,2018年汛期水沙条件下,30%左右的排沙比是荆江河段洪季冲淤的临界点;排沙比提高后,汛期淤积部位大部分为边滩等缓流区,以及弯曲河段凹岸等,主槽仍冲刷,对维护滩槽高差具有积极意义。     

三峡水库动态汛限水位洪水调度风险指标及综合评价模型研究

汛限水位是综合利用水库运行和调度的重要参数之一,也是协调防洪和兴利矛盾的焦点所在。现行的汛限水位过多地考虑了小概率洪水事件,不能充分挖掘水库汛期的兴利效益,因此,采用动态汛限水位进行调度,对综合利用水库的运行具有重要的理论意义和实用价值。根据三峡水库围堰发电期的调度规程,建立预报预泄调度模型,采用宜昌站1882-2001年汛期实测日流量资料,实现了考虑预报信息的动态汛限水位洪水调度模拟;提出了多目标风险指标体系;计算了9种动态汛限水位方案下的风险指标值,通过综合评价模型对各方案进行比较和优选,得到了相对合理的动态汛限水位方案。     

基于动库容曲线的水库调洪高水位查算方法研究

河道型水库因动库容特性显著,传统的静库容调洪方法难以适用,研究动库容调洪方法是亟待解决的问题。当坝前水位爬升到最高点时,库区内的洪水演进到达一种临界状态,库区内的水文、水力条件相对稳定,在出库流量和入库流量一定的情况下,可望获得最高坝前水位与同时刻库容之间良好的对应关系。依托三峡库区水文水动力耦合预报模型,建立了一组以出库流量、入库流量为参数的动库容曲线,以供调洪时快速查算最高坝前水位。采用2009年以来三峡水库16场场次洪水资料,检验所建动库容曲线的合理性。结果表明,各场洪水的最高库水位查算值与实况平均偏差仅0.20m,证明建立的基于动库容曲线的三峡水库最高库水位查算方法具有较好的实践价值。     

2012年长江上游朱沱水文站特大洪水预报分析

朱沱水文站是长江上游干流重要控制站之一,2012年7月朱沱水文站发生自1954年建站以来的最大洪水,形成了长江三峡水库建成以来的最大入库洪水。由于朱沱水文站洪水预报及时、准确,使得朱沱、江津等重庆沿江城镇安全转移数万人无一人伤亡,财产损失也减小到最小。朱沱水文站的洪水预报对重庆市的防汛减灾发挥了重要作用。     

长江上游径流变化及其对三峡工程的影响研究

长江上游1881—2006年径流数据分析结果表明,宜昌站1990年之后的径流量比1990年之前明显降低,其中9、10两个月份的降幅最为显著。究其原因,主要是上游地区水资源开发利用和气候变化等因素所致。水资源开发利用的分析和预测研究结果表明:1998—2006年间,上游地区的年用水量平均以6亿m3/a的速度增长;随着上游地区未来用水量的增加、许多水利水电工程的开发建设以及调水工程的实施,三峡水库的来水量及径流过程将发生进一步变化,进而可能对三峡水库未来汛后蓄水、枯水期通航、发电等产生一定的影响,尤其是枯水年份。梯级优化调度模型评价结果表明,上游水资源开发利用的增加,将对三峡电站的发电效益产生显著影响。     

基于Copula函数的入库洪水与坝址洪水关系研究

采用频率分析法计算入库设计洪水时,需要通过相关分析将坝址洪水系列插补得到对应的入库洪水系列。常用的线性回归法假设两者满足线性关系且入库洪水系列服从正态分布,可能与实际情况并不相符。引入Copula函数构建坝址洪水与入库洪水的联合概率分布和条件概率分布,计算给定坝址洪水时入库洪水的条件最可能值和置信区间,提出了一种基于Copula函数的入库洪水插补新方法。三峡水库的应用实例表明:线性回归法得到的入库洪水值在坝址洪水量级较大时明显偏小,甚至稀遇洪水时不在90%置信区间内。所提方法能较好地反映坝址洪水与入库洪水的内在关系,不仅可以计算入库洪水的各种点估计值,而且能够定量评价估计的不确定性。     

考虑水文预报误差的三峡水库防洪调度图

分析三峡水库入库流量短期预报结果,采用非参数方法估算预报相对误差的概率密度函数。以防洪为目标,同时兼顾发电、通航等要求,建立了防洪调度模型,采用差分进化算法求解,得到了汛期防洪优化调度图。通过比较不考虑预报、现有预报方案、准确预报3种情况的调度结果,分析了水文预报误差对防洪调度的影响。结果表明,无论考虑预报与否,与现有设计方案相比,汛期防洪优化调度图的发电量都增加,弃水减少,削峰率有所提高;而考虑预报信息有助于调控洪水,提高预报精度有助于增加水库抵御大洪水风险的能力;基于模拟现行作业预报方案,汛期防洪优化调度图比设计调度方案发电量增加5.3%,弃水减少5.9%,削峰率提高1.7个百分点,防御1000年一遇设计洪水的能力大大提高。     

长江流域“2012·07”暴雨洪水分析

2012年7月,长江流域先后出现4次强降雨过程,发生了4次洪水,其中朱沱江段水位超过历史实测最高记录,寸滩江段发生1981年以来最大洪水,三峡水库出现建库以来最大入库洪峰;长江上游干流宜宾至寸滩江段全线超过保证水位,中游干流石首至螺山江段及洞庭湖全线超过警戒水位。在调控"2012·07"洪水过程中,三峡水库有效降低荆江江段最高水位超过2m,洪湖江段超过1m,避免了长江荆江江段出现接近保证水位的高水位,缩短了长江中下游超警江段240km,大大减轻了中下游的防洪压力。     

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。     

三峡库区提升库水位下降速率条件下沟边上滑坡稳定性评价

三峡库区对非汛期库水位下降速率（0.6 m/d）的严格控制,预防了近千处涉水库岸滑坡大规模下滑入江,但控制消落期库水位下降速率在某种程度上却限制了防洪和蓄水发电效益的发挥,本文主要通过研究在非汛期时候,增加库水位下落速率是否具有可行性,使用Geo-studio中的SEEP/W、SLOPE两个模块对沟边上滑坡进行渗流分析和稳定性分析评价,以计算结果来确定库水位消落期的水位下降速率,对库区调控水位下降速率的调整有重大现实意义和科学价值。