基于SRTM-DEM数据的三峡库区蓄水负荷模型及其地表重力与形变响应模拟

以三峡库区蓄水负荷变化为切入点,研究了库区因蓄水导致的地表重力与形变响应。通过高分辨率SRTM-DEM数据与三峡库区主干道及各支流边界的地形对应关系,构建得到不同蓄水水位下的蓄水负荷模型,并且给出了不同水位与库区整体库容量体积及受淹面积之间的数学拟合关系。在此基础上,结合弹性负荷响应理论及macson拟合方法,计算得到整个库区在蓄水第2阶段与第3阶段地表重力场及形变场的空间分布,以及库区蓄水库容量变化的60阶次球谐系数结果,并与GRACE监测结果进行了对比分析。GRACE去除CLM4.5模型后的陆地水储量可认为与三峡库区蓄水变化直接相关,两者之间的差异可能包含了在巨大水体负荷压力下出现的地下水渗透效应。本文理论模拟结果以期为实际观测资料的对比分析和相关校正提供支撑。有助于挖掘库区滑坡活动及水库地震等与库水负荷变化之间的关系。     

利用交叉小波技术分析三峡水库蓄排水过程对库区降雨量的影响

三峡大坝蓄水过程对邻近区域气候的影响一直是国内外学术界广泛关注的热点问题。三峡大坝从2003年投入使用至今,水位从66 m上升至175 m,经历了3个蓄水阶段,为观测水库水位与库区降雨量相关性提供了极佳的窗口期。为了精准分辨两者在多周期多尺度的相互影响,基于三峡库区的4个国家气象观测站的历史逐日降雨数据和三峡蓄排水过程水位变化数据,进行交叉小波分析,提取能量谱、凝聚谱和相位谱,展现两类数据时频域多尺度的相关细节。结果表明,三峡大坝蓄排水过程对库区降雨有影响,第一期蓄水期最明显,表现为库区降雨年周期性相对减弱,高频模式增强;历史数据表明库区降雨主要表现为1.0 a主周期和2.0 a、4.0 a等多个次长周期;三期蓄水之后,库区降雨量的1.0 a主周期没有改变,而多个次长周期特征变化明显。交叉小波相位谱揭示水库蓄排水过程对库区降雨的人工调节和自然调节影响,前者表现为水位变化与降雨1.0 a主周期的完全反相,明显不同于蓄水之前的同相特征;后者表现为高频分量（1/128~1/32 a）的反相特征,其规模效应随大坝建成而增强。值得关注的现象是巴东站与荆州站的降雨存在3.5 a次长周期的反相特征,可能是大坝蓄水后改变了水循环的范围。     

三峡水库蓄放水对地面重力变化的影响分析

针对目前对地面重力的影响分析多采用模拟计算,从而导致对蓄放水的影响范围和程度分析还存在不足的问题,该文利用资源三号(ZY-3)高分辨率多光谱遥感影像提取了三峡库区江河湖库水体数据,结合水位数据,通过负荷格林函数积分模型,计算出三峡水库蓄放水导致水位升降的过程中水体对地面重力变化的影响。研究发现:(1)以1a为周期,三峡库区库岸及长江近岸地面重力的变化趋势与水库的蓄放水时期对应;(2)三峡水库放水期间水位下降,水库库岸及长江近岸地面重力减小;蓄水期间水位上升,地面重力增大;(3)三峡水库蓄放水对库岸及长江近岸的地面重力影响最大可达1 000μGal以上,且距离长江中心线越近,地面重力变化越大。     

断层三维转动及其引起的地表形变空间分布特征

以向错理论为基础,在断层一维转动与地表形变关系研究的基础上,推导了弹性半空间均匀介质中断层三维转动与地表形变的关系,对不同深度和倾角的断层以不同方式转动产生的地表形变的曲线变化特征进行了分析,计算了断层以不同方式转动产生的地表水平位移和垂直形变的空间分布特征,结果表明:1)断层转动对地表位移的影响随着断层深度的增加不断衰减,地表位移对不同倾角的断层转动有不同的响应,其中以断层角点为转动轴的断层向错引起的地表形变受倾角的影响最为显著;2)断层以不同方式转动相同的量产生的水平位移和垂直形变在数值上大小相近,垂直形变的空间分布与断层的转动方式有关;3)断层三维转动与滑动引起的地表形变在数值大小上有区别,但具有相同的量级,空间上断层滑动引起的形变范围相对转动较为广泛。最后,讨论了断层向错理论在地壳形变分析中存在的问题。     

利用ICESat-2激光测高监测长江三峡水位变化

为了利用ICESat-2卫星激光测高数据监测长江三峡水位变化,该文利用ICESat-2卫星的全球内陆水体高程数据(ATL13),提取水面激光足迹点并剔除高程异常值和系统误差,对长江三峡流域重庆市巫山县至湖北省宜昌市的水位变化进行了研究,并利用水文站的实测水位对结果进行了验证。结果表明,长江三峡水位具有明显的季节变化,上半年水位降低,下半年水位升高。通过与实测水位对比分析,其平均误差为0.10 m,均方根误差为0.12 m,相关系数为0.999。表明ICESat-2激光测高数据可以高精度地监测长江三峡的水位变化。     

三峡库尾重庆河段河道演变分析

三峡库尾重庆河段位于嘉陵江与长江交汇的河道区域,两江洪水相互顶托,水沙变化十分复杂。三峡工程建成后,重庆主城区河段处于三峡库尾变动回水区,水流条件和泥沙运动规律将发生变化。因此,主要根据2008年度及蓄水前的河道观测资料,对重庆主城区河段的泥沙冲淤变化规律进行初步分析。     

三峡水库蓄放水对地壳形变影响的计算分析

利用资源三号(ZY-3)高分辨率多光谱遥感影像提取了三峡库区江河湖库水体数据,结合水位数据,通过负荷格林函数积分模型法模型计算出三峡水库蓄放水导致水位升降的过程中水体对地壳垂直及水平形变的影响。研究发现:(1)以1a为周期,三峡库区库岸及长江近岸地壳垂直及水平形变的趋势与水库的蓄放水时期对应;(2)三峡水库放水期间水位下降,水库库岸及长江近岸地面水平向内形变,方向指向江心,反之向外形变;蓄水期间水位上升,地面下降,反之地壳回弹。     

利用GPS监测两起太阳耀斑事件的结果分析

利用59个数据质量良好的IGS跟踪站的观测数据,对2000年7月14日爆发的X5.7级的太阳耀斑和2001年4月15日爆发的X14.4级的太阳耀斑所引起的TEC的变化情况进行了计算和分析。计算结果显示对于两起X级的太阳耀斑,绝大部分向日面跟踪站均有不同程度的响应,综合分析两起太阳耀斑发生期间TEC的响应情况,得出了TEC变化与地方时以及地理位置等的对应关系。     

混凝土重力坝变形观测工作的布置

目前大部分混凝土重力坝的外部变形观测（特别是位移观测）均在坝体建成后才着手进行,因而对大坝建筑期间的形态变化无从了解。但是,从国内外的水工实践中看出,一般混凝土重力坝及其周围地基的最大变形是紧接着水库蓄水而发生的,水库蓄水则又往往在大坝尚未完全建成之前即已开始,特别对于高坝,这种情况更为普遍。因此,外部观测进行得太晚,必然会丧失了解坝体变化之最重要时机。近来虽然有些学者已纷纷提出变形观测应于蓄水前进行的意见,但到目前为止尚缺乏相应的实施措施。本文试图探讨一种大坝外部变形观测工作的布设方案并介绍与之相应的观测方法,俾能既顾及运转阶段长期细致的观测工作之进行,又考虑到施工期间与蓄水前后之变形量的测定。     

三峡库水位变化过程中的地壳垂直形变与重力变化监测

监测三峡库水位变化过程中的地壳垂直形变和重力变化,对三峡水库的安全运行和区域地质灾害监测防治等具有重要意义。本文从直接计算、实际测量和综合解算3个方面研究了三峡库水位变化过程中地壳垂直形变和重力变化。基于资源三号卫星影像提取的水体数据,结合水位数据,直接计算了三峡水库蓄放水从145~175m每隔5m的影响,地壳垂直形变最大可达30mm,对重力影响超过20μGal(1Gal=10~(-2) m/s~2)的范围距离长江中心线约2km内。库区较近的巴东CORS站(ES13)能够实际测量到库水位变化过程中的地壳垂直形变。由于目前三峡库区的CORS站和重力台站数量较少,分布不均,还不能满足紧密跟踪三峡库水位变化过程中的监测需求。利用三峡地区26座CORS站和部分重力台站数据,基于负荷形变理论和球谐分析方法,综合解算了库水位变化过程中的地壳垂直形变和重力变化,与实际CORS监测结果一致。通过对比分析发现,基于CORS站网的综合解算,能够有效提升对库水位变化过程中的地壳垂直形变和重力变化的监测能力。     

三峡水库蓄水对地壳形变及大地水准面的影响

利用资源三号(ZY-3)高分辨率遥感影像提取三峡库区水体数据,通过负荷格林函数积分模型法计算出三峡水库蓄水过程中水体对地壳形变及对大地水准面的影响。研究发现:1三峡库区近岸地壳垂直形变与水库水位呈负相关关系,大地水准面与水库水位呈正相关关系;水位上升,长江近岸地面水平向内形变,方向指向江心;2三峡水库蓄水造成的地壳垂直形变最大可达35mm左右,大地水准面形变最大值在8mm左右,而对库区地壳水平形变影响不超过0.5mm;3出现形变最大值的地点是忠县环湾一带,而并非是三峡大坝周边。     

三峡库区“阶跃”型滑坡变形机理与预警模型

自2003年蓄水以来,三峡库区已查明的滑坡或潜在滑坡高达5000余处,这些灾害对三峡水库的持续运营、大坝、航道及库区居民的安全造成了严重的威胁。通过研究滑坡的变形特征、诱发因素及失稳机制,有助于开展滑坡的稳定性评价,并构建预警预报模型。以三峡库区八字门滑坡为研究对象,综合分析降雨、库水位、人工和自动GNSS监测等数据,结合勘查资料及野外宏观巡查,研究了滑坡的变形特征及失稳机理,并确定合理的预警判据及阈值。研究表明:①八字门滑坡整体变形明显,处于蠕动变形阶段,滑坡变形主要集中于每年5—9月,滑坡累积曲线呈现典型的“阶跃”状变形特性。②滑坡的变形受斜坡结构、岩性等因素的控制,水库水位下降是滑坡变形的主要驱动因素,并与库水下降速率正相关。另外,特大暴雨和持续降雨在水位下降阶段、水库低水位运行期及水位上升期会促进滑坡变形,是滑坡的次要驱动因素。③通过精细化数据分析以及改进切线角法获取的八字门滑坡出现“阶跃”变形的位移速率阈值为4.6 mm/d,7 d累积降雨量阈值为60 mm,库水位阈值为159 m,库水位下降速率阈值0.4 m/d。     

三峡库区近30年土地利用时空变化特征分析

利用三峡库区1975年、1987年、1995年、2000年和2005年的遥感影像数据,提取各期土地利用图。以各期土地利用图为基础图件,利用G IS技术,分析了三峡库区各期土地利用类型的数量、空间分布及变化趋势,分析表明库区的耕地、林地和草地都在减少,库区近30年建设用地和河流水面的增加最为明显。同时引入土地利用变化的景观特征指数、土地利用变化速度、土地利用程度指数来总结三峡库区近30年来土地利用变化的主要时空变化特征。采用多种特征指数相结合的研究方法,有利于了解三峡库区土地利用变化的特征,可以进一步指导库区的土地利用规划,为库区的生态环境保护提供参考。     

Prediction of surface horizontal displacements, and gravity and tilt changes caused by filling the Three Gorges Reservoir

 Horizontal displacements, and gravity and tilt changes induced by filling the Three Gorges Reservoir are modeled using elastic loading Green functions. When the water surface reaches its highest level, the effects become maximum on the reservoir banks. The longitudinal and latitudinal components of the horizontal displacements reach −8.2 and 7.7 mm respectively, gravity is increased by up to 3.4 mGal, and the prime vertical and meridian components of the tilt changes are −7.8 and −17.5 arcseconds respectively. Accordingly, the filling of the reservoir will influence values observed from global positioning system (GPS), gravimetry and tilt measurements in the area. The results given can be used to provide important corrections for extracting earthquake-related signals from observed data. Received: 19 January 2001 / Accepted: 3 September 2001     

三峡库区综合信息空间集成平台框架设计与实现

在举世瞩目的三峡工程建设和百万移民的浩大工程即将结束之际,三峡工程建设的重点必然转移到库区建设和管理维护上来.库区建设的成败维系三峡工程的成败,维系库区安全和经济社会协调发展.从分析三峡库区信息资源现状情况入手,从体制、标准、空间技术手段等多层次地对三峡库区综合信息空间集成平台项目的集成框架进行了设计和实现.