近20年来三峡水库泥沙淤积及其对库区的影响

泥沙问题是三峡工程建设与运行中的关键技术问题之一,只有妥善处理好泥沙问题,才能保证三峡工程长期有效使用,维持水库功能的全面发挥。本文首先结合实测水文、河道地形观测资料,对三峡水库运行近20年来的泥沙淤积特性及水库排沙比进行了较为全面的分析研究,并与已有研究成果进行了对比;其次,围绕防洪、航运以及坝前段的泥沙淤积等方面,进一步分析了水库淤积产生的影响。结果表明:三峡水库蓄水以来,在不考虑区间来沙的情况下,三峡水库共淤积泥沙20.484亿t,近似年均淤积1.102亿t,水库排沙比为23.6%,水库年均淤积量为原论证预测值的33%。其中,库区干流段累计淤积泥沙17.835亿m³(变动回水区冲刷0.694亿m³;常年回水区淤积18.529亿m³),淤积在水库防洪库容内的泥沙为1.648亿m³(干、支流分别淤积1.517亿m³和0.131亿m³),占水库防洪库容的0.74%,“十一五”攻关阶段研究得出的多年平均淤积量及排沙比较实测值均偏大,变动回水区冲淤则出现反向的...     

长江全流域大洪水下三峡水库对洞庭湖区防洪贡献分析

基于长江中下游一、二维耦合水动力学模型,以1954和1998年洪水为典型,模拟了三峡水库调蓄前后洞庭湖区的洪水过程,定量分析了三峡水库对洞庭湖区防洪的贡献.结果表明:在长江发生1954和1998年全流域大洪水期间,三峡水库实施兼顾对城陵矶河段的防洪补偿调度,可有效缓解荆南三口河系及湖区的防洪压力,减少荆南三口 1.58...     

汛期洪水资源化利用对三峡水库淤积影响研究

作为三峡水库诸多优化调度方式中的一种,洪水资源化利用对水库淤积的影响受到持续关注,开展针对场次洪水的相关研究有助于进一步深化对水库淤积科学问题的认识,有望为调度工作提供一定的技术支撑。通过2013年以来的历史水文资料分析与水沙运动数值模拟,探究了入库洪水的输沙过程以及洪水资源化利用对库区淤积与水库排沙的影响。结果表明:洪峰流量介于30000～55000 m3/s的中小洪水是近年三峡入库洪水的主要形式,随着入库洪峰流量的增加,洪水的地区组成逐渐趋向于金沙江下游、嘉陵江共同主导;常年回水区淤积、水库排沙是“消化”入库泥沙的两种主要途径,且以前者的作用为主;针对Ⅰ-3类入库洪水,坝前起调水位Z₀的抬升或洪水资源化利用对水库淤积的影响主要在于造成了库区淤积的重分布,次要在于改变了水库的排沙作用,在Z₀≤150 m条件下,洪水资源化利用对水库淤积的影响相对较小;针对典型洪水,当武隆洪峰流量Q’_WL与入库洪峰流量Q’_RK的比值小于1/5(即Q’_WL/Q’_RK<1...     

三峡水库175 m试验性蓄水期调度运行对洞庭湖蓄水量变化的影响

长江干流与洞庭湖存在复杂的并联型分汇关系,当三峡水库调度改变长江径流过程时,会引起洞庭湖年内槽蓄量的变化,对于洞庭湖地区防洪、水资源配置和水环境保护产生显著的影响.本文建立了枝城至螺山站的荆江-洞庭湖水流模型,利用2008-2017年的三峡水库实际调度日数据,分析有、无三峡水库调度两种情况下洞庭湖槽蓄量的变化过程,同时利用建库前和近期的水位流量关系反映河道过流能力,分析了河道调整的影响.结果表明:由河道调整引起的槽蓄量变化在汛前消落期、汛期、汛末蓄水期和枯水期分别为-3.06%、0.12%、-0.01%和-13.31%.有三峡水库影响情况下,汛前消落期由于荆江"三口"进入洞庭湖的多年平均总径流增加23.94%,洞庭湖出口处城陵矶多年平均水位升高0.53 m,阻碍了洞庭湖出流,洞庭湖多年平均槽蓄量增长13.30%;汛期由于荆江"三口"分流量减少3.54%,城陵矶水位降低0.02 m导致出湖流量增多,因此洞庭湖多年平均槽蓄量减少0.20%;在汛末蓄水期,荆江"三口"分入洞庭湖的多年平均总径流量减少37.18%,城陵矶多年平均水位降低1.33 m,导致出湖流量增多,因而洞庭湖多年平均槽蓄量减少27.74%;在枯水期,荆江"三口"多年平均总径流量增加5.61%,城陵矶多年平均水位上升0.07 m,最终洞庭湖多年平均枯期槽蓄量增加2.96%.     

基于误差分布估计的三峡水库入库洪水概率预报方法

准确、及时的入库洪水预报,对三峡水库综合效益的发挥和长江流域水旱灾害防御、水资源利用、流域综合管理等具有重要作用。基于预报误差的最优分布估计和分布函数动态参数假定,提出了一种三峡水库入库洪水概率预报方法,并进行了洪水概率预报业务试验。结果表明:本文所提方法科学可行,计算快捷,使用方便,便于在实时作业预报中应用推广;概率预报结果较确定性预报结果,在水量预报、预警效果等方面均有所改善,1～5 d预见期预报的确定性系数提高0.1%～3.4%,水量误差减少0.1%～4.8%,可为三峡水库实时调度提供更可靠的预报信息;所提出的三峡水库入库洪水概率预报业务化产品,可提供更多风险信息,为三峡水库的科学调度,尤其是洪水资源化利用提供更好的优化决策支撑。     

Multifractal features of the particle-size distribution of suspended sediment in the Three Gorges Reservoir,China

The Three Gorges Reservoir(TGR)in China is the largest hydroelectric project in the world,but the threat of sediment affecting ecological sustainability of the reservoir is a topic of concern.Sediment particlesize distribution(PSD)is informative in understanding sediment transport dynamics and biochemical functions.It is,therefore,important to quantitatively characterize the distribution of sediment particles.In the current study,fractal theory is applied to determine the PSD of suspended sediment in the TGR.The results show that the volumetric fractal dimension(D_v)exhibits a significant seasonal difference(p<0.05),reflecting sediment source and hydrodynamic sorting control the granularity of suspended sediment in the TGR.More specifically,suspended sediment particles are coarser in the wet season than in the dry season for the Yangtze River,and the opposite is true for the Ruxi River,an important tributary.The generalized dimension spectrum,D(q)-q,and multifractal singularity spectrum,f[α(q)]-α(q),were calculated for each suspended sediment sample.Thereafter,the parameters,D(0),D(1),D(2),α(0),Δα(q),andΔf[α(q)],were determined to characterize the PSD.As a result,the coarser suspended sediment during the wet season is characterised by a more complex PSD pattern,with a wider range of particle sizes,greater heterogeneity,and greater homogeneity of distribution over the measurement interval.However,the multifractal structure of the PSD of suspended sediment is more complex during the dry season than during the wet season,with higher local dispersion and variability.The findings of the current study highlight that multifractal analysis provides important insight for understanding the PSD of suspended sediment in the TGR.     

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.     

金沙江下游梯级水库运行后三峡水库高洪水期入库水沙特性

泥沙淤积问题直接影响着三峡水库的使用寿命及综合效益的发挥,研究其入库水沙特性对于解决水库泥沙淤积问题具有重要意义。根据水文站实测数据,分析了三峡水库入库水沙输移特性及来源组成变化,重点研究了金沙江下游梯级水库运行后的三峡水库高洪水期入库水沙特性。结果表明:2003—2021年,三峡水库入库泥沙集中于汛期的高洪水期,2013年以后该现象更为显著,泥沙来源也由金沙江为主转变为嘉陵江为主。寸滩站洪峰流量高于50000 m³/s的高洪水期三峡入库沙量显著大于30000～50000 m³/s区间的高洪水期,三峡水库泥沙调度关键在于上游发生编号洪水期间。三峡水库上游沱江或嘉陵江等支流发生流域性大洪水时,易引起高洪水期入库水沙出现“小水大沙”的特点。金沙江下游梯级水库运行后,三峡水库高洪水期入库泥沙大幅减少,中小洪水调度期间泥沙淤积量也大幅减小。研究结果可为三峡水库的泥沙精细化调度和长期高效使用提供基础数据支撑。     

三峡库区人居环境气候适宜性

运用GIS技术,在充分考虑气温、湿度、风速以及日照等条件下,计算了1995年1月至2010年12月三峡库区22个气象站点的温湿指数和风效指数及其时空分布,对三峡库区人居环境气候适宜性的总体分布趋势进行分析.并以2003年6月三峡工程一期蓄水作为时间中点,分析了三峡工程蓄水前后库区人居环境气候适宜性变化,同时对库区水位与气象要素的相关性进行定量分析.结果表明:从11月到翌年3月,库区气候偏冷,属于较不舒适人居环境;夏季的6-9月,整个库区气候偏热,属于较不舒适的人居环境;库区年均温湿指数和风效指数均呈现明显的地区差异,整体表现为由库区中部向东西递减的趋势;库区气候适宜性指数在三峡工程前后变化明显,库区水位与气候适宜性因子在2003年6月以前没有显著的相关性,在2003年6月以后,与温湿指数呈显著正相关,而与风效指数呈显著负相关.     

三峡水库童庄河浮游植物及其与水质的关系

通过对三峡水库支流童庄河库区的浮游植物进行调查,共检出浮游植物132种,其中蓝藻门23种,隐藻门2种,甲藻门3种,硅藻门55种,裸藻门3种,绿藻门46种.其中硅藻门的种类居首位,甲藻和隐藻则在数量上占优势.主要优势种为飞燕角甲藻(Ceratium hirundinella)和隐藻一种(Cryptomonas sp.).浮游植物的种类和数量随季节和水域不同而呈现差异.应用水质理化指标、污染指示种和污染指示群落评价童庄河水质,显示其水质为Ⅴ类,为β-中污型水体.     

近50a三峡库区汛期极端降水事件的时空变化

利用三峡库区35个台站1961-2010年汛期(5-9月)的逐日降水量资料,首先定义不同台站的极端降水量阈值,统计各站近50 a逐年汛期极端降水事件的发生频次,进而分析其时空变化特征.结果表明:三峡库区汛期极端降水事件发生频次的最主要空间模态是主体一致性,同时存在东西和南北相反变化的差异.三峡库区汛期极端降水事件发生频次具有较大的空间差异,可分为具有不同变化特点的5个主要异常区.滑动t检验表明,三峡库区西南部区代表站巴南的极端降水事件在1974年后发生了一次由偏多转为偏少的突变,北部区代表站北碚在1981年后和1993年后分别发生了由偏少转为偏多和由偏多到偏少的突变,中部区代表站武隆在1984年后发生了一次由偏多转为偏少的突变.结合最大熵谱和功率谱分析表明,近50 a来各分区汛期极端降水事件发生频次的周期振荡不太一致,三峡库区东北部区代表站宜昌、北部区代表站北碚和中部区代表站武隆分别存在5、2.4和8.3 a的显著周期.     

三峡库区蓄水运行前后水土流失时空变化模拟及分析

利用三峡库区水土流失预测模型和250m的MODIS-NDVI数据,模拟三峡库区蓄水运行前后水土流失时空变化,结果表明:三峡库区2000-2008年水土流失波动较大,总体上水土流失面积、总量和强度都旱减弱趋势,2006-2008年年均水土流失总量和面积分别比2000-2002年减少4.10×106t和1129.6km2;...     

三峡库区浮游植物群落结构特征及水生态评价

2020年是长江禁渔开局之年,三峡库区作为长江的重要生态屏障,其水生态环境健康对长江大保护的实施具有重要意义。本文于2020年8月、11月及2021年1月、4月在三峡库区干支流共设置19个断面探究浮游植物群落结构特征,并利用生物量、多样性指数、综合营养状态指数和浮游植物Q指数等多种评价方法评价三峡库区水生态健康并分析其影响因素。结果表明:(1)三峡库区共鉴定出浮游植物8门105属266种,年平均丰度为6.4×10⁴ cells/L,年平均生物量为0.038 mg/L。不同季节优势种组成不同,变异直链藻(Melosira varians Agardh)、骨条藻(Sheletonema spp.)、脆杆藻(Fragilaria spp.)为全年优势种。(2)三峡库区共划分24个功能群,B、D、MP、S1、P、Y为优势功能群。RDA分析表明,电导率、总氮、化学需氧量、总磷、pH、总溶解性固体与三峡库区四季功能群呈现显著关系。(3)相较于丰度、生物量和多样性水质评价结果,浮游植物Q指数更适用于三峡库区水生态评价,显示三峡库区干流水生态环境总体较好,但春、夏两季支流浮游植物...     

Unexpected sedimentation patterns upstream and downstream of the Three Gorges Reservoir: Future risks

This paper summarizes the latest developments, future prospects, and proposed countermeasures of reservoir sedimentation and channel scour downstream of the Three Gorges Reservoir (TGR) on the Yangtze River in China. Three key results have been found.(1) The incoming sediment load to the TGR has been significantly lower than expected.(2) The accumulated volume of sediment deposition in the TGR is smaller than expected because the overall sediment delivery ratio is relatively low, and the deposition in the near-dam area of the TGR is still developing.(3) River bed scour in the river reaches downstream of the Gezhouba Dam is still occurring and channel scour has extended to reaches as far downstream as the Hukou reach. Significantly, sedimentation of the TGR is less problematic than expected since the start of operation of the TGR on the one hand;on the other hand, the possible increases in sediment risks from dependence on upstream sediment control, deposition in the reservoir, and scour along middle Yangtze River should be paid more attention.(1) Sediment trapped by dams built along the upper Yangtze River and billion tons of loose materials on unstable slopes produced by the Wenchuan Earthquake could be new sediment sources for the upper Yangtze River. More seriously, possible release of this sediment into the upper Yangtze River due to new earthquakes or extreme climate events could overwhelm the river system, and produce catastrophic consequences.(2) Increasing sediment deposition in the TGR is harmful to the safety and efficiency of project operation and navigation.(3) The drastic scour along the middle Yangtze River has intensified the down-cutting of the riverbed and erosion of revetment, it has already led to increasing risk to flood control structures and ecological safety. It is suggested to continue the Field Observation Program, to initiate research programs and to focus on risks of sedimentation.     

三峡水库与长寿湖水库鱼类碳、氮稳定同位素特征及营养级的比较

为探究人为活动对水库鱼类食物来源和营养级关系的影响,选择人为影响程度较低的三峡水库和影响程度较高的长寿湖水库为研究对象,应用碳、氮稳定同位素技术对两个水库鱼类δ¹³C值、δ¹⁵N值和营养级进行比较分析.结果显示：长寿湖水库鱼类δ¹³C平均值（-22.66‰±1.94‰）与三峡水库（-22.59‰±1.87‰）较为接近,但长寿湖鱼类的δ¹⁵N值（13.95‰ ±3.02‰）显著高于三峡水库鱼类的δ¹⁵N值（11.98‰ ±2.25‰）.根据δ¹⁵N值计算不同食性鱼类间的营养级,三峡水库营养级为肉食性鱼类 > 杂食性鱼类 > 浮游生物食性鱼类 > 草食性鱼类;而长寿湖中则表现为浮游生物食性鱼类 > 肉食性鱼类 > 杂食性鱼类 > 草食性鱼类,营养级出现了异常现象.这一结果表明,对于人为影响（如人工喂食鱼饲料等）较大的水体,采用δ¹⁵N值计算不同食性鱼类间的营养级存在不确定性.     

三峡水库高位蓄水后的地震安全防范

三峡水库完成175m高位蓄水后,对可能出现诱发新地震灾害的可能性和危险性进行探讨,提出加强地震监测,深入开展水库诱发地震研究、认真进行地震应急准备的有效措施,以做好三峡水库高位蓄水后的地震安全防范工作。     

Characteristics of sedimentation and channel adjustment linked to the Three Gorges Reservoir

Construction of large dams is attractive because of their great benefits in flood control,hydropower generation,water resources utilization,navigation improvement,etc.However,dam construction may bring some negative impacts on sediment transport and channel dynamics adjustments.Due to the effects of recent water and soil conservation projects,sediment retention in the newly constructed large upstream reservoirs,and other factors,the sedimentation in the Three Gorges Reservoir(TGR)is quite different from the amount previously predicted in the demonstration stage.Consequently,based on the measured data,characteristics of sedimentation and the related channel deformation in the TGR were analyzed.The results imply that sediment transport tended to be reduced after the Three Gorges Project(TGP).Sedimentation slowed dramatically after 2013 and indicated obvious seasonal characteristics.Due to the rising water level in the TGR in the flood season,the yearly sediment export ratio(Eratio)was prone to decrease.The water level near the dam site should be reasonably regulated according to the flow discharge to improve the sediment delivery capacity and reduce sedimentation in the TGR,and to try to avoid situations where the flood retention time is close to 444 h.The depositional belt was discontinuous in the TGR and was mainly distributed in the broad reaches,and only slight erosion or deposition occurred in the gorge reaches.Sedimentation in the broad and gorge reaches accounted for 93.8% and 6.2% of the total sedimentation,respectively.The estuarine reach located in the fluctuating backwater area experienced alternate erosion-deposition,with a slight accumulative deposition in the curved reach.Sedimentation mainly occurred in the perennial backwater area.The insight gained in this study can be conducive to directly understanding of large reservoir sedimentation and mechanism of channel adjustment in the reservoir region in the main channel of large river.     

三峡水库典型支流上游区和回水区营养状态分析

2006年3、5、8月,对三峡水库成库后5条支流的上游区和回水区水质参数及营养因子分布进行了初步研究.研究结果表明,支流高锰酸盐指数范围在1.00-2.50mg/L、COD范围为6.00-26.5mg/L,上游区与回水区有机物含量差异不大,支流目前未受到有机物污染影响.NH_4~+-N范围为0.039-0.367mg/L,各支流含量均为丰水期最大.TN范围在0.58-1.67mg/L,TP范围在0.005-0.133mg/L,支流回水区TN和TP含量均远高于水体发生富营养化的最低限制值,水体存在发生富营养化的风险.大多支流N/P比值处于适宜藻类生长范围.Chl.a浓度范围为0.94-28.9mg/m~3,各支流回水区Chl.a浓度均为5月最大河流回水区Chl.a浓度高于上游区,上游区、回水区Chl.a含量有显著差异.选用修正的Carlson营养状态指数(Trophic State Index)TSI_M法,评价了支流水体营养状态,TSI_M指数范围在36.0-64.2,上游区除龙河、澎溪河5月达到富营养水平外,其余支流均为贫-中营养水平.回水区各支流均达到中-富营养水平.支流回水区营养状态指数均高于上游区,但各支流增加幅度不同.支流回水区水体营养状态明显受三峡水库蓄水水体流速减缓的影响.Chl.a与COD(n=15,P0.01)呈极显著正相关,与其它营养因子无明显相关关系.三峡水库完工后,支流回水区水体流速减缓,富营养化趋势可能加重.     

三峡水库支流小江富营养化模型构建及在水量调度控藻中的应用

三峡水库蓄水以来,支流小江呈富营养化加重的趋势,且多次暴发春季水华.水库蓄水以后支流流速变缓,水体滞留时间增加,是引发支流水华的主要因素之一.基于MIKE软件,建立小江调节坝下游至河口的二维水动力-富营养化模型,考虑碳、氮、磷3种元素在浮游植物有机体、死亡腐屑和无机盐中的循环转化,模拟小江河段的春季水华过程.分析小江生态调节坝的水量调节抑藻作用,即人为制造"洪水脉冲",增加短时间内的水流流速,对下游流场进行扰动以控制水华.计算结果表明,增大泄水量对调节坝下游的小江河段的春季藻华总体上具有一定的抑制作用.小江上游河段调度作用效果明显,下游高阳至入汇口河段调节作用较小,上游调节坝水力调度可以作为三峡水库支流水华应急治理措施之一.营养盐控制应该是控制支流水华的根本措施.     

三峡重庆库区深部二维构造剖面的建立和分析

从综合地球物理角度出发，结合本区重力和航磁资料再处理成果，依据射线追踪反演建立了三峡重庆库区的深部二维构造剖面，较好地反映了各层速度的横向变化。对剖面所揭示的基底构造特征、地壳结构特征、主要断裂构造特征以及莫霍面的起伏特征进行了分析和研究，获得了对库区主剖面揭示的断裂构造新的认识，为深入研究本区岩石圈动力学特征及其对断裂构造活动的控制和影响提供了基础资料，为三峡重庆库区地震、地质灾害的监测与防治提供了依据。