三峡水库区间来沙量估算及水库排沙效果分析

三峡水库是控制和开发长江的重要工程,具有巨大的防洪、发电、航运等综合效益.水库排沙比是反映水库拦截泥沙程度的重要指标.针对目前三峡水库排沙比计算没有考虑三峡水库区间来沙,结果偏大的问题,依据三峡水库区间水文站2003-2016年实测水文资料,采用水文学法估算了三峡水库区间月、年入库输沙量,分析了三峡水库排沙效果及主要影响因素.结果表明：1）三峡水库区间年均来沙量约1775×10⁴ t,占总入库沙量的10.3%,近年来沙占比有所增大,其中2013-2016年来沙量占总入库沙量的26.9%;2）三峡水库年均排沙比为21.6%,其中围堰蓄水期为34.1%,初期蓄水期为17.0%,试验性蓄水期为15.4%;3）三峡水库采用"蓄清排浑"方式运行,主汛期7-9月的排沙比一般大于枯季,但2013年以后,出现了主汛期排沙比小于枯季的现象;4）入库细颗粒泥沙的排沙比大于粗颗粒泥沙,其中粒径d ≤ 0.062 mm的细颗粒泥沙排沙比为23.4%,0.062 mm0.125 mm的中粗沙排沙比分别为5.5%和11.1%;5）三峡水库排沙比汛期主要受V/Q影响,枯季主要受入库含沙量的影响;当V/Q约为170×10⁴ s时,水库排沙效果最差;分别建立了汛期和枯季排沙比经验计算式.本文的研究成果可为三峡水库水沙优化调度等提供参考.     

近20年来三峡水库水动力特性及其水环境效应研究：回顾与展望

三峡水库自2003年蓄水以来,水库干支流水环境状况及水华已成为广泛关注的问题,国内外不少学者对此开展了大量研究。本文回顾了近20年来三峡水库水环境相关研究,系统总结了三峡水库干支流水动力特征及其生态环境影响,并展望了三峡水库水动力相关研究的新视角、新内容、新方法、新技术。结果表明:(1)三峡水库蓄水后干支流水流分化特征明显,干流水体从上游的河流型水体逐渐转变为坝前的过渡型水体,而支流库湾则更偏向于湖泊型水体特征;(2)干支流密度差(温度差)驱动的分层异重流,水库日调节调度驱动的高频水流振荡,气象驱动的近表层水体混合是三峡水库支流库湾普遍存在的水动力现象,主导着支流库湾的水温分层和混合过程;(3)三峡水库特殊的水动力现象对支流库湾水温分层结构、营养盐输移补给、水华生消过程、温室气体排放等产生深远影响,应用生态调度调控支流库湾水动力过程来改善其水环境问题已成为该区域生态环境修复的重要技术手段。如何将上述新发现上升为具有三峡水库特色的系统理论与方法,并形成大型深水水库生态环境研究技术体系,服务于大型梯级水库群联合多目标优化调度实践,仍是今后努力的方向。     

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...     

三峡水库近坝段水面漂浮物对水质的影响

每年汛期与蓄水期三峡水库近坝段水域会有大量漂浮物聚集,为探索三峡水库近坝段水域(坝前及以上约12.7km长的河段)水面漂浮物对水质的影响,2018年开展了漂浮物覆盖水体水质跟踪监测和漂浮物浸泡试验,并以20142018年的漂浮物产量和近坝段水域水质监测数据为基础进行了相关分析与回归分析.结果表明:漂浮物会提高坝前覆盖水体的氮类营养盐水平和有机污染物浓度,引起河湾漂浮物覆盖水域氨氮(NH3-N)浓度升高,致使氮类营养盐组成的变化和由于高锰酸盐指数/总有机碳比值(COD_Mn/TOC)的差异变化对水体产生有机污染.除NH₃-N外,坝前水域受漂浮物影响程度大于河湾区域,漂浮物对河湾水质的影响在蓄水期更为明显,漂浮物覆盖水体垂直方向上2 m内水质因子无明显分层现象;相比综合类漂浮物,植物类漂浮物对水质的影响更迅速和明显;漂浮物仅在其覆盖的水体小范围内对氮类营养盐指标造成影响,漂浮物产量的增加会增大近坝段水域水体悬浮物、有机污染物和还原性无机物质(COD_Mn)浓度,形成一定的影响规律.因此,合理布置清漂作业点,高效及时地开展漂浮物清...     

三峡水库的建立对库区地球重力场及地壳形变的影响

作为人造工程的三峡水库的建立,使得库区水体聚集,地球质量重新分布,将使地壳的物理结构以及局部地球重力场发生变化．针对上述问题,对库区的水准面、点绝对重力值、垂线方向和高程、高程基准面等的重力场变化以及地壳形变进行了研究．主要结果是：当蓄水水位达到峰值１７５ｍ（坝高）时,大地水准面有２．２３－１１．２ｍｍ的变化,点重力值有（０．８３－４．６）×１０－５ｍｓ－２的变化,垂线偏差的变化分别为－０．６２＂－６．５０＂（南北方向）和－６．４２＂－１．３４＂（东西方向）地壳的形变量为１．３２－６．６５ｍｍ,这些变化将引起测区的高程产生３．５５－１７．８４ｍｍ的变化．因此,原有库区及其附近的测量资料（包括水准、天文、重力等）必须审慎使用,并应建立库区形变监测网,对地壳形变、地震、滑坡、大坝变形等进行监测．     

三峡水库的建立对库区地球重力场及地壳形变的影响

作为人造工程的三峡水库的建立，使得库区水体聚集，地球质量重新分布，将使地壳的物理结构以及局部地球重力场发生变化．针对上述问题，对库区的水准面、点绝对重力值、垂线方向和高程、高程基准面等的重力场变化以及地壳形变进行了研究．主要结果是：当蓄水水位达到峰值１７５ｍ（坝高）时，大地水准面有２．２３－１１．２ｍｍ的变化，点重力值有（０．８３－４．６）×１０^－５ｍｓ^－２的变化，垂线偏差的变化分别为－０．６２＂－６．５０＂（南北方向）和－６．４２＂－１．３４＂（东西方向）地壳的形变量为１．３２－６．６５ｍｍ，这些变化将引起测区的高程产生３．５５－１７．８４ｍｍ的变化．因此，原有库区及其附近的测量资料（包括水准、天文、重力等）必须审慎使用，并应建立库区形变监测网，对地壳形变、地震、滑坡、大坝变形等进行监测．     

三峡水库影响下长江中下游水文干旱演变及对气象干旱的响应

利用1960-2016年长江流域183个气象站逐月气温和降水数据以及干流3个水文站逐月径流资料,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)和标准化径流指数(SRI)分析三峡水库蓄水运行前后长江中下游宜昌、汉口和大通站水文干旱的多时间尺度演变以及对气象干旱的响应特征.结果表明:(1)三峡水库运行后下游各站冬春季旱情明显趋缓,而秋季干旱状况略有加重;水库蓄水后各站中旱和重旱发生频率均呈减少趋势,其中中旱减幅明显,而特旱发生频率则总体表现为增加趋势;(2)三峡水库蓄水后3个站平均干旱历时的变幅相对较小,而干旱烈度和烈度峰值的均值增幅较大;同时,各站短时间尺度(1和3个月)干旱特征变量的变幅总体呈现沿程递增趋势,而长时间尺度(6和12个月)干旱特征变量的变幅整体表现为沿程递减趋势;(3)水库蓄水后各站短时间尺度SRI与SPEI的相关性减小,但相关性随时间尺度增加而迅速增强,12个月时间尺度的相关系数达到最大并略高于蓄水前;在年内相关性上,蓄水后各站短时间尺度SRI与SPEI的相关系数明显减小,冬季表现尤为突出,而长时间尺度的相关系数则略有增加;(4)水库影响下不同时间尺度宜昌站水文干旱滞后于气象干旱平...     

基于Landsat影像的近40年来(1982—2021年)三峡库区水面面积及其蒸发损失变化

三峡水库蓄水引起库区水位抬升,水面面积显著增加,对区域水文循环过程产生了一定影响。为揭示三峡水库蓄水前后水面面积及蒸发损失变化规律,选取三峡库区坝前至寸滩区间作为研究区,利用Landsat影像数据提取1982—2021年水面面积,分区建立水位与面积关系曲线,进而推求库区逐日水面面积。在估计三峡库区水面面积的基础上,结合站点潜在蒸发资料推求水面蒸发损失量。研究结果表明:2010年三峡水库全面运行后,坝前至寸滩库区平均水面面积由蓄水前的372.96km²,增加到761.31km²,较蓄水前增加了1.04倍。同时,三峡水库的蓄泄调节改变了库区河段原有的水文节律,使得库区水面面积的季节性变化特征较蓄水前发生了显著变化。蓄水后,冬季水面面积最大,平均为843.81km²,较蓄水前增加了1.89倍;秋季、春季次之,水面面积分别为818.73和735.28km²,较蓄水前分别增加了97.17%和1.28倍;夏季水面面积最小,为653.03km²,较蓄水前仅增加了39.06%。水库全面运行后,...     

三峡水库蓄水后对支流大宁河富营养化特征及水动力的影响

三峡水库蓄水后支流大宁河水华频发,为了揭示水库蓄水以来,大宁河富营养化变化趋势以及水华暴发期间水动力等环境因子的影响特征,自2005年长期跟踪监测大宁河的水质状况,并于2010年针对东坪坝库湾2次典型水华事件,初步探讨了水华暴发期间的主要影响因素.结果表明:2005年以来,大宁河水体处于中度营养状态,水质尚好,但低估了水华敏感期的富营养化状况.东坪坝3月水华暴发期间,叶绿素a浓度与流速呈显著负相关,与pH、DO也呈显著相关,表明在此次水华期间,流速对藻细胞的增殖或聚集产生直接或间接的影响,pH和DO是引起水华暴发的主要水质因子;5月水华暴发期间,叶绿素a浓度与流速呈显著负相关,与流量呈显著正相关,同时与pH、透明度(SD)呈显著相关,表明在这次水华期间,流速和流量都对藻细胞增殖或聚集产生直接或间接的影响,pH和SD成为水质敏感因子.3月和5月水华暴发时间分别处于水库高水位运行期和泄水期,这可能是导致水华影响因子不同的主要原因,但具体机理还有待于进一步研究.本文结果表明在三峡水库调度运行的不同阶段支流库湾水华暴发的机制不同,需要针对不同时段支流库湾水环境特征分别加以调查研究.     

三峡水库调节典型时段对鄱阳湖湿地水情特征的影响

三峡工程建成运行将改变下游的水文过程,影响通江湖泊湿地生态系统.本文选取水文情势变化大且可能对植被乍长产生较大影响的汛末蓄水和汛前腾空两个时段,运用长江中游江湖耦合水动力模型计算了三峡水库不同凋节流量下湖泊水位变化特征,并结合湖泊高程和面积关系曲线,分析了不同增减下泄流量对洲滩湿地淹没出露的影响.结果表明,三峡水库汛末...     

Study of the flood control scheduling scheme for the Three Gorges Reservoir in a catastrophic flood

The Three Gorges Project is the world's largest water conservancy project. According to the design standards for the 1,000‐year flood, flood diversion areas in the Jingjiang reach of the Yangtze River must be utilized to ensure the safety of the Jingjiang area and the city of Wuhan. However, once these areas are used, the economic and life loss in these areas may be very great. Therefore, it is vital to reduce this loss by developing a scheme that reduces the use of the flood diversion areas through flood regulation by the Three Gorges Reservoir (TGR), under the premise of ensuring the safety of the Three Gorges Dam. For a 1,000‐year flood on the basis of a highly destructive flood in 1954, this paper evaluates scheduling schemes in which flood diversion areas are or are not used. The schemes are simulated based on 2.5‐m resolution reservoir topography and an optimized model of dynamic capacity flood regulation. The simulation results show the following. (a) In accord with the normal flood‐control regulation discharge, the maximum water level above the dam should be not more than 175 m, which ensures the safety of the dam and reservoir area. However, it is necessary to utilize the flood diversion areas within the Jingjiang area, and flood discharge can reach 2.81 billion m³. (b) In the case of relying on the TGR to impound floodwaters independently rather than using the flood diversion areas, the maximum water level above the dam reaches 177.35 m, which is less than the flood check level of 180.4 m to ensure the safety of the Three Gorges Dam. The average increase of the TGR water level in the Chongqing area is not more than 0.11 m, which indicates no significant effect on the upstream reservoir area. Comparing the various scheduling schemes, when the flood diversion areas are not used, it is believed that the TGR can execute safe flood control for a 1,000‐year flood, thereby greatly reducing flood damage.     

三峡库区与西南库区消落带植物多样性及群落构建比较

近年来,我国西南流域陆续建成多座梯级高坝大库工程,随之形成的大面积水库消落带面临着植物恢复等问题,能否借鉴三峡库区消落带已有的大量植物修复成果和经验尚缺乏科学依据。通过对2021年出露期三峡库区和西南库区消落带现存植物进行调查,采用淹水时间统一划分淹水梯度带,淹水时间7个月及以上为重度淹水区(S)、淹水时间为5～6个月为中度淹水区(M)和淹水时间4个月及以下为轻度淹水区(L),定量比较了三峡库区和西南库区消落带沿各淹水梯度的物种组成、物种多样性和系统发育多样性,探讨了水库消落带物种组成的驱动因子、植物群落构建策略以及多样性维持机制等。结果显示,三峡库区消落带共发现维管束植物20科36属36种,西南库区消落带共发现维管束植物21科41属45种,二者物种组成的Jaccard、Sorensen相似性系数分别为30.65%、46.91%,均以一年生为主要生活型、菊科和禾本科为优势科,相似的淹水时间可能是导致二者物种组成相似的主要因素;西南库区消落带的Gleason丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数整体优于三峡库区消落带,二者物种...     

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.     

三峡小江回水区透明度季节变化及其影响因子分析

三峡成库后其季节调蓄过程使该水域湖沼学特征具有独特性.根据三峡小江流域回水区段为期2年的定位跟踪观测,对透明度(SD)和主要环境指标的相互关系进行分析研究.研究期间,小江回水区透明度均值为170±7cm,各采样点透明度差异不明显且季节变化过程一致,自春末夏初开始降至最低水平,夏季汛期相对稳定,夏末入秋持续升高,冬季维持在较高状态,入春后下降.对透明度和主要环境指标的相关性分析发现,无机悬浮颗粒(PIM)是影响透明度的主要指标.透明度同PIM、Chl.a多元回归模型为:SD=(-89.389±8.101)·lg(PIM)+(-84.008±8.624)·lg(Chl.a)+(264.132±8.232).汛期低水位状态下(145-150m)小江回水区水动力条件趋于天然河道,河道输沙量增加使无机悬浮颗粒含量远高于藻类生物量而成为影响透明度的主要环境指标.在中水位(150-156m)和高水位(156m以上),虽然藻类进入非生长季节,但水位抬升和水体滞留时间的延长促使悬浮颗粒物大量沉淀,悬浮生长于表层水体的藻类成为影响透明度的主要环境指标,生物作用对透明度的影响明显.     

Analysis of the tidal gravity observations in Three Gorges reservoir area

The comparative observations of the tidal gravity in Three Gorges reservoir area, recorded with the LCR-ET20 gravimeter from Institute of Geodesy and Geophysics, Chinese Academy of Sciences and the DZW-9 gravimeter from Institute of Seismology, China Earthquake Administration, are introduced. High-accuracy tidal gravity pa-rameters in this area are obtained, and the scale factor of the DZW-9 gravimeter is also estimated at a value of ?(756.06±0.05)×10?8 m?s?2V?1. The observed residuals of the corresponding instruments are investigated. Nu-merical results indicate that the long-term drift of the DZW-9 gravimeter appears a linear characteristic, and the observed accuracy is of the same order comparing with that of the LCR-ET20 gravimeter. The results given in the paper can provide with an effective reference model of the tidal gravity correction to the ground based and space geodesy.     

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%.