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%。     

金沙江下游溪洛渡水库排沙效果及影响因素

溪洛渡水电站自2013年开始直接拦截金沙江的泥沙,其排沙效果对水库运行及下游向家坝和三峡入库泥沙都会造成影响。本文基于水文泥沙及河道断面观测资料,对比分析溪洛渡水库和三峡水库排沙规律异同点,研究溪洛渡水库排沙效果及影响因素。结果表明,2014—2019年溪洛渡水库共计排沙1 490万t,排沙比为3.1%,较设计值和向家坝、三峡水库均明显偏小。溪洛渡水库排沙比偏小主要有3个原因:入库水沙峰值协调性较差、水库长期高水位运行及库区河道二级天然潜坎对泥沙运动的阻隔效应。     

三峡工程蓄水运用以来水库排沙效果

针对三峡水库蓄水运用以来排沙比问题,在深入研究三峡水库不同蓄水运用阶段水库排沙效果的基础上,着重研究各年年内蓄水排沙过程,系统地分析水库排沙效果的影响因素。结果表明:库区河道特性、入库水沙条件以及坝前水位的高低是水库排沙比变化的主要影响因素。2003年6月~2010年12月,水库排沙比为26.1%。水库排沙主要集中在汛期5~10月,排沙比为29.0%。尤其是在洪峰期间,库区水流流速较大,水流挟沙能力强,进入水库的泥沙大部分能输移到坝前,水库排沙比较大,当入库流量大于30000m³/s时,水库最大排沙比可达81.0%。此外,随着汛期坝前水位的抬高,水库排沙效果有所减弱,尤其是粗颗粒泥沙的多少也很大程度上影响水库排沙效果,水流的挟沙能力随着水流流速的减小而减小,粗颗粒泥沙的排沙比随之发生较全沙更为明显的减小。     

三峡工程蓄水后长江中游城陵矶—汉口河段过流能力变化及影响因素分析

受上游水库运行的影响,自2003年后长江中游河段河床调整,引起河道自身过流能力的变化.本文选取长江中游城陵矶-汉口河段作为研究对象,根据实测资料计算了2003-2016年两个水文断面的水位-流量关系及特征流量变化,并采用一维水动力学模型计算了河段尺度的平滩流量.结果表明:(1)螺山站及汉口站2003-2016年的水位-流量关系呈现枯水流量下水位降低、洪水流量下水位抬升的特点;(2)两站年最大流量下对应的水位整体抬升,警戒水位下对应的流量分别减小9%和16%;(3)2003-2016年城汉河段平滩流量有增有减,无明显单向变化趋势,2014年后呈减小趋势.分析断面的过流能力变化,发现螺山站与汉口站警戒流量与动床阻力呈明显的反比关系,过流能力由于河道阻力的增大而减小;床沙粗化、河道相对水深的减小及洲滩植被覆盖度的增大是引起河道阻力增大、过流能力减小的原因.     

编者按

<正>三峡工程举世瞩目,是长江流域大保护与流域水安全保障的关键性枢纽工程。自2003年三峡工程蓄水以来,在防洪、发电、航运、供水等方面产生了巨大的经济、社会及生态环境等综合效益。同时,水库建成后,重庆至宜昌600多km的自然河道变成了人为控制的大型河流型深水水库,不仅在库区形成了诸如消落带、干-支流往复交融的独特生境,而且由于下泄水流、泥沙、营养盐等水文及生物地球化学要素的时空变化,     

三峡水库不同类型支流河口泥沙淤积成因及趋势

为揭示三峡水库库区不同类型支流河口泥沙淤积的内在机理和变化趋势,本文充分利用水文、泥沙、固定断面和河道地形等原型观测资料,从支流水沙输移规律和河口局部水沙分布特征出发,研究了不同类型支流河口段泥沙淤积规律及主要影响因素的作用机理,探讨其淤积趋势及形成拦门沙的风险。结果表明：三峡水库蓄水后,库区不同类型支流河口普遍淤积,淤积范围及河道形态的变化各有特点;水库蓄水造成水动力条件减弱是河口泥沙淤积的根本原因,淤积幅度和范围主要取决于干支流来沙量和局部河势。在干支流来沙均明显减少的情况下,三峡水库库区支流河口泥沙淤积速度显著下降,形成拦门沙坎的可能性较小。     

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。     

下荆江二元结构河岸土体特性及崩岸机理

三峡水库蓄水后下荆江河段河床冲刷下切, 局部河段崩岸险情频繁发生。为研究下荆江二元结构河岸的土体特性及崩岸机理,结合近期该河段崩岸情况,现场查勘了6个崩岸点,并对河岸土体进行了室内土工试验。试验结果表明下荆江河岸土体的垂向组成具有典型的二元结构特征:下部非粘性土（沙土）层较厚,上部粘性土（低液限粘土）层较薄且松散。以河岸崩塌过程分析为基础,提出了二元结构河岸发生绕轴崩塌时上部土层稳定性的计算方法。结合近岸水动力条件计算及土工试验结果,定量分析了二元结构河岸的崩塌机理及其影响因素:① 下部沙土层的起动流速比近岸流速小得多,故该土层容易受水流冲刷;②上部粘性土层崩塌前抗冲强度很大,但多为低液限粘土且相对松散,崩塌后堆积在岸边容易分解并被水流带走;③ 河岸稳定安全系数在一个水文年内呈周期性变化,落水期安全系数最小,故容易引发崩岸,该计算结果与近期崩岸实际统计结果一致。     

白格堰塞湖对金沙江水沙及梯级水库运行的影响

2018年金沙江上游白格滑坡造成了近百年来最为严重的干流堵江事件,堰塞湖的形成和溃决给下游金沙江干流河道的水沙条件及梯级水电站运行造成影响.本文依据堰塞湖附近临时观测和金沙江干流河道控制性水文站的相关资料,研究堰塞体泄流对下游河道水沙输移的影响,同时结合梯级水库调度情况,计算了梯级水库的拦沙量.结果表明,堰塞湖溃决在金沙江中游形成了超历史的水沙过程,金沙江中游梯级电站开展应急调度后,堰塞湖溃决造成的特大洪水被削减为一般洪水.金沙江中游梯级梨园、阿海和金安桥电站累积拦截泥沙约1400万t,龙开口、鲁地拉和观音岩电站共计拦截泥沙约43万t,滑坡体产生的泥沙仍有约74%滞留在堰塞体附近.若滑坡体泥沙全部输移至金沙江中游梯级水库内,梨园电站的有效库容极有可能不满足水库所需调节库容的要求.     

三峡工程运用后长江中下游河道冲刷特征及其影响

三峡及其上游干支流梯级水库建成运用后,大坝下游“清水下泄”引起了长江中下游河道发生长时间、长距离的冲刷。2001—2021年期间宜昌至长江口已累计冲刷了50.3亿m³,需厘清河道冲刷对河势、防洪、航运等方面产生影响。分析表明:三峡工程运用后,长江中下游河势总体稳定,弯道段出现切滩撇弯、汊道段出现塞支强干等现象;河道槽蓄量的持续增加,进一步增大了河道调蓄和行洪能力,但水流顶冲点的变化和近岸河床的冲刷下切,使得河道崩岸频发,并影响河势稳定和防洪安全;在河道冲刷、河势控制与航道工程综合作用下,长江中下游航道条件总体得到改善,但河道不均衡冲刷使得坝下游砂卵石河段出现“坡陡流急”,沙质河段出现洲滩散乱、航槽移位等现象,影响航道条件;同流量下枯水位呈下降态势,逢极枯年份影响长江中下游用水安全;江湖关系发生新变化,“三口”分流道由原淤积转为冲刷,两湖湖区水位不同程度的降低,枯水位出现时间有所提前,不利于湖区水资源和生态环境的安全与可持续发展;三峡工程实施枯水期补水调度和“压咸潮”调度以及长江口北支淤积减缓,对于遏制长江口咸潮入侵有利,入海泥沙显著减少引起长江口近岸河床冲刷,影响...