三峡水库运行初期的泥沙淤积特点

针对三峡蓄水运行后的泥沙淤积问题,基于实测资料,采用输沙率法和断面法分析了三峡水库运行初期的泥沙淤积特点.结果表明:三峡水库2003—2013年泥沙淤积总量为15.31亿t,平均排沙比为24.5%,均较论证阶段降低;库区泥沙淤积主要分布在常年回水区的宽谷和弯道河段,宽谷段全断面发生淤积、弯道断面流速较小一侧淤积、峡谷无累积性淤积;常年库区近坝段泥沙淤积速度逐年减小,而上段泥沙淤积速度则呈增大趋势;淤积物粒径沿程分选不明显,常年回水区淤积物中值粒径多在0.01 mm以下.库区峡谷段深泓线无明显变化、尚未出现泥沙淤积三角洲、库尾泥沙淤积上延和尾水抬高不明显,据此初步推断峡谷河段存在富余挟沙力而成为局部侵蚀基准面,整个库区将无统一平衡比降的趋势.     

基于挟沙力的三峡水库泥沙淤积形态分析

三峡水库蓄水运用后,泥沙淤积主要分布在常年库区的宽谷和弯道,峡谷则无累积性淤积。基于实测资料计算了三峡成库前（2001年）和成库后（2003-2011年）的挟沙力,结果表明挟沙力随着不同运行阶段坝前水位的抬高而逐步降低,宽谷河段降低幅度较大,峡谷河段降低幅度较小,泥沙淤积比率逐步增大。宽谷河段挟沙力普遍降至含沙量以下而发生淤积,峡谷河段挟沙力仍大于含沙量而无累积性淤积。流量越大,宽谷河段的挟沙力越小于含沙量,而峡谷河段的挟沙力越大于含沙量,表明宽谷河段淤积主要发生在汛期,而峡谷河段汛期以冲刷为主。由于细颗粒泥沙絮凝沉降以及黏性淤积物难以冲刷,恢复饱和系数淤积取1、冲刷取0.01得到的沿程淤积量计算值与实测值吻合较好。弯道河段计算的淤积量与实测值差异较大,表明弯道河段二维特征明显,利用一维的挟沙力计算淤积量不能适用。     

三峡水库汛期泥沙淤积对坝前水位的滞后响应

河床演变中普遍存在着滞后现象,而以往的三峡水库泥沙研究对滞后现象鲜有考虑。为深入认识三峡水库运行带来的泥沙淤积特征,建立了考虑上游来沙和坝前水位双重影响的泥沙淤积滞后响应模型。基于2003—2017年实测水沙资料,分析了三峡入库水沙特性及汛期泥沙淤积特点,利用滞后响应模型探究了汛期泥沙淤积的滞后规律。结果表明:2003—2012年入库水沙呈现“大水带大沙,少水带少沙”的特点,汛期淤积随坝前水位抬升而增加;2013—2017年入库水沙关系的一致性发生变化,受上游梯级库群拦沙影响,汛期淤积减缓。三峡水库汛期累计淤积与5年线性叠加坝前水位之间有较好的相关关系,汛期淤积不仅与当年来沙和坝前水位运行有关,也与前4年的来沙和坝前水位调度有关。     

复杂边界作用下三峡水库泥沙淤积特征与趋势

受上游水沙条件和水库调度过程等影响,三峡水库实际淤积过程较为复杂。本文基于一维泥沙数学模型,分析上下游边界条件变化对三峡水库淤积特征的综合影响,建立入库沙量和汛期坝前水位与库区淤积的经验关系,讨论了其贡献及未来淤积趋势。结果表明：上游干支流入库沙量和汛期坝前水位是影响三峡水库淤积的主要因素,其变化均将造成库区淤积重心的偏移,变动回水区下段及常年回水区上段的泥沙分选及冲淤情况受影响最为明显;2013—2020年,干流来沙对三峡库区淤积的贡献减小(由65%减小至42%),支流来沙贡献逐步增大(由32%增大至56%);汛期坝前水位变化对该时段库区淤积较2003—2012年期间的影响已经较小(1.6%～1.8%);当遭遇平常水文年水沙过程,未来三峡水库泥沙淤积量约在0.5亿t/a左右;当遭遇不利洪水组合水文年,尤其是支流发生大规模强降雨使岷江和嘉陵江洪峰流量大于30 000 m³/s时,三峡水库泥沙淤积量约在1.6亿t/a左右。     

船闸泄水作用下引航道中动水冲沙规律

结合工程实际,研究利用船闸泄水进行下游引航道清淤,对减少清淤成本、提高通航效率有着重要的工程价值。建立枢纽及船闸下游引航道的二维水沙数学模型,采用已有模型试验对水流场和泥沙场进行验证。研究引航道及口门区的泥沙淤积规律,在此基础上,分析船闸输水系统的水力特性,研究了不同冲刷流量、冲刷时间和初始淤积厚度下引航道及口门区的冲刷效果,得出船闸泄水量与引航道及口门区最大淤积厚度的关系。结果表明,在同一初始淤积地形和冲刷流量下,引航道及口门区的最大淤积厚度与冲刷时间呈线性变化,冲刷流量越大,泥沙厚度下降的斜率越大。淤积厚度低于一定值后,随冲刷时间的增加,冲刷效果开始减弱。     

三峡工程永久船闸高边坡岩体渗流耦合相互作用下的滑动模型分析

本文主要分析了渗流耦合相互作用下,三峡工程永久船闸高边坡岩体的可能破坏机制,建立了滑动人析模型,利用软化裂隙面上的Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｕｍｂ定律,分别计算了不同连通率,不同坡帮带边坡岩体的稳定系数,并对其稳定性进行了讨论。     

新疆石门水库设计中的泥沙淤积分析研究

水库在给人类带来巨大效益的同时,也给天然河流带来新的影响,泥沙淤积就是其中之一。水库泥沙淤积,严重影响水库使用寿命,如果设计和使用不当,水库有完全淤废的可能。因此,如何通过水库优化设计和调度运用,使得水库有效库容得以长期保留,是在水库规划设计阶段就必须加以解决的技术问题。本文采用一维非均匀不平衡输沙数学模型,对新疆苏塘灌区的石门水库泥沙淤积问题展开研究,建立了石门水库泥沙冲淤数学模型,并且依据石门水库坝址附近河段水文泥沙测验资料,初步分析了入库水沙特性,给出了各月的输沙率与流量关系,建议采用年均径流量3.08亿m³和悬移质输沙量253万t作为入库水沙条件,设计了入库典型年水沙过程。     

三峡水库蓄水初期近坝区淤积形态成因初步分析

三峡水库蓄水运用后,库区泥沙淤积将显著增加.基于三维水沙数值模型及实测资料分析,对水库蓄水初期近坝区泥沙淤积形态的成因进行了初步探讨.研究结果表明坝前淤积形态的成因既与坝前水流流态的三维特性有关,又与水库蓄水初期坝前淤积物颗粒特性有关.水库蓄水初期沉积在近坝区的泥沙颗粒较细,初始干容重较低,使得淤积物表现出一定的浮泥特性.坝前淤积总量较大主要是宽谷河段水流特性造成的;而基底深槽处淤积物厚度较大、淤积面呈水平状的主要原因则是浮泥状淤积物在重力作用下向河底运动、并沿深泓线在基底深槽中汇集.     

长江三峡永久船闸高边坡预应力锚索监测

简要介绍了三峡工程永久船闸二期高边坡350 t级预应力锚索监测工程情况。监测结果表明,测力计张拉实测荷载与千斤顶加荷相差率为2.51 %,锁定损失率为2.46 %,锁定后损失率为11.81 %,总损失率为14.45 %。其荷载变化特征可总体归纳为下降稳定性、周期变化性和折线突降性三种类型,群锚效应观测无明显反应。在测力计的标定和安装过程中显示,基座钢垫板的尺寸、刚度及表面加工平整度对测力计的受力状态影响较大。     

洞庭湖和鄱阳湖泥沙冲淤特征及三峡水库对其影响

长江中游江湖关系复杂,分布有中国第一、二大淡水湖泊,江湖关系演变对防洪、生态等影响重大。通过分析反应长江中游洞庭湖和鄱阳湖泥沙冲淤的实测水沙和地形资料,初步掌握了湖区泥沙冲淤特征及主要影响因素,并着重探讨了三峡水库蓄水对两湖泥沙冲淤的影响。结果表明,近10年洞庭湖和鄱阳湖湖区泥沙淤积速度明显减缓,部分年份出现冲刷,其中洞庭湖湖区泥沙沉积率下降主要由来沙减少引起,三峡水库拦沙作用的影响明显;鄱阳湖区冲刷主要集中在入江水道,采砂活动影响显著,三峡水库蓄水影响尚不明显。     

多因素变化对三峡近坝段浅滩演变的迭加影响效应

为探索三峡坝下游淤沙型浅滩冲淤特性突变的成因,结合芦家河河段较为系统的水沙输移和河床冲淤观测资料,从来水来沙变化、河势调整等多种角度,分析了多因素变化条件下的浅滩演变机理。结果显示:水库下游悬沙来量大幅减少导致分汊河道冲刷变形,促使洪水流路过流能力增强、浅滩冲淤转换的临界流量减小;三峡水库进入175 m运行期后,来流退水过程加快,泥沙输移更集中于汛期。以上变化更利于汛期浅滩淤积,不利于汛后浅滩冲刷,各种因素迭加作用下,导致浅滩条件在2008年前后发生阶段性变化。未来冲刷过程中,研究河段的浅滩淤积现象仍可能出现,类似问题在长江中下游其他的主流年内交替型汊道浅滩也同样值得注意。     

三峡蓄水后洞庭湖水沙环境变化对湖区航道的影响

江湖关系变化是影响洞庭湖水文泥沙环境的重要因素,关系到湖区航运的安全。以实测水文及地形数据为基础,研究了洞庭湖区水沙环境的变化特征,并分析了其对湖区航道的影响。结果表明:① 三峡蓄水后,枯季湖区月均流量趋于减少,湖区淤积减缓甚至出现冲刷,枯水期湖口低水位有所上升,湖面比降趋于降低;② 受来沙减少影响,湖区航道有所冲刷,湖口低水位上升使得湖区通航保证率水位有一定幅度上升,航道水深增加,三峡蓄水初期江湖关系变化对湖区航道的影响总体为积极因素,对湖区湘江航道的影响要大于开湖航道。     

三峡船闸高边坡降雨入渗的三维数值仿真

基于反映裂隙岩体渗透张量各向异性特性的广义达西定律与相对透水率等裂隙岩体渗流基本理论,应用三维非线性有限元方法,对长江三峡工程永久船闸高陡边坡在连续降雨条件下裂隙岩体饱和-非饱和、非恒定渗流扩散过程进行了三维数值仿真分析,得出了连续降雨条件下船闸高陡边坡裂隙岩体渗流场的时空分布规律及典型降雨时段闸室混凝土衬砌上的最不利外水压力荷载,对暴雨入渗情况下闸室边墙稳定性与安全性进行了评价。分析结果表明,闸室混凝土衬砌具有较高的安全度;船闸高陡边坡内排水系统效果显著,即使遭遇长期强降雨,闸室衬砌上的外水压力荷载受降雨的影响也不大。     

三峡水库蓄水后下荆江急弯河道凸冲凹淤成因

三峡水库蓄水后沙量骤减使得荆江河段河床剧烈冲刷调整,下荆江急弯段“凸冲凹淤”,部分弯道凹岸侧淤积形成水下潜洲。这种不同于弯曲河道一般性演变规律的异常现象势必给下荆江的行洪、航运及江湖关系变化等带来新的影响,其内在成因急需揭示。基于原型观测资料分析,通过研究滩槽冲淤量及分布、滩体及河道形态特征等,全面揭示了近期下荆江急弯段“凸冲凹淤”的演变特征及河道形态响应。结果表明,流量年内过程重分配、来沙量及组成突变是下荆江急弯段“凸冲凹淤”的决定性因素。     

长江三峡库区全新世环境考古研究进展

充分利用长江三峡工程文物抢救性发掘的宝贵机会,通过对重庆市忠县中坝遗址、丰都县玉溪遗址等典型遗址和神农架大九湖泥炭地层环境考古研究,摸索出了一套利用年代学、沉积学、重矿物组分鉴定、锆石形态统计、地球化学和环境磁学方法辨别考古遗址地层中古洪水沉积的方法;建立了该区地表孢粉-气候的转换函数,并将其用于对神农架大九湖泥炭地层的研究,弄清了该区全新世以来环境演变的背景,并将自然沉积地层环境演变记录与典型考古遗址地层古洪水事件作了对比分析。遗址时空分布研究表明:长江三峡库区旧石器时代至宋代677处遗址时空分布总趋势是从西往东、从高往低逐渐增加的,遗址多沿江河分布,且在河流交汇处呈聚集状态,这与人类多选择河流1～2级阶地为生、河流交汇处鱼类资源丰富有关。研究表明:中坝遗址能延续5000a的原因一方面与其盐业遗址的属性有关,另一方面与其长期具有良好生态环境有关。从该遗址T0202探方出土近20万件动物骨骼的分类统计证明了这一点。7.6kaBP以来,水位在吴淞高程147.024m以上的古洪水至少在玉溪遗址T0403探方中留下了16次沉积记录。神农架大九湖297cm厚的泥炭及其148个孢粉样品和10个AMS14C测年数据表明,该泥炭地层为本项目提供了理想的全新世自然环境演变背景,尤其8.2kaBP前后的降温事件很明显,6.7～4.2kaBP为中全新世最适宜期,4.2kaBP前后由暖湿转为凉干,3.5～0.9kaBP季风降水整体较弱,0.9kaBP前后转为较凉湿。根据对中坝和玉溪两处遗址地层的研究,在8.2～6.7kaBP期间出现有10个古洪水层;在6.7～4.2kaBP全新世最适宜期遗址地层中出现有8个古洪水层;在3.5～0.9kaBP降水减少的时期,中坝遗址中仅出现2个洪水层(即西周时期的37-1和战国早期的第21层);在0.9kaBP以来降水较多的时期,中坝遗址中存在3个洪水层(即宋代中期的11C-1层、清代的5-1层和1981年的2B-2层)。这表明,8.2～6.7kaBP的洪水在三峡地区次数是最多的,6.7～4.2kaBP的洪水数量次之。长江三峡库区的这一古洪水发生规律或许可以解释长江中游的江汉平原在7.8～5.1kaBP期间遗址数量偏少的原因。     

三峡水库蓄水后城陵矶至九江段河道冲淤调整机理

大型水利枢纽的修建引起了下游河道的冲淤调整,对生态环境、防洪、航运等都有显著的影响。2008年三峡水库175 m试验性蓄水以来,城陵矶以下河段冲刷加剧。为探究水库影响下游河道冲淤调整特征及其驱动机制,分析了城陵矶至九江段河道冲淤分布及断面形态变化特征:2008年以来河道冲淤变化主要集中在基本河槽,其变化占整个平滩河槽的90%以上,且基本河槽冲刷加剧;断面形态表现为河槽冲刷下切、断面趋于窄深化。在此基础上,通过建立2008—2016年河段尺度的基本河槽形态参数与水流输沙能力的经验关系,发现螺山、汉口两站流量分别为29 000~31 000 m³/s、31 000~33 000 m³/s时,河槽形态与水流输沙能力的相关性最强、造床作用和水流冲刷强度最大,因此,可以认为是2008年以来影响城陵矶至九江段冲淤调整的特征流量。2008年以后,该流量级以下的水流累积造床作用凸显,是冲淤变化部位调整到基本河槽的主要原因;同时,受各站d>0.125 mm粒径组泥沙输沙量大幅度减小、航道整治工程的影响,河槽冲刷加剧。