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。     

金沙江下游梯级水库对氮、磷营养盐的滞留效应

氮、磷是水域重要的营养或污染物质,大型水库修建将对江河氮、磷物质的输运产生重要影响.以金沙江华弹、向家坝水文站2006-2016年实测水质资料为依据,通过建立污染物浓度与流量比值（TN/Q、TP/Q）与含沙量（S）的关系式,对金沙江下游溪洛渡、向家坝梯级水库蓄水前后进出库总氮（TN）、总磷（TP）浓度及通量的变化特征进行研究.结果表明：（1）华弹站不受蓄水影响,TN和TP浓度在0.38~1.41和0.01~0.73 mg/L之间变化,向家坝站蓄水前TN和TP浓度在0.32~1.33和0.03~0.42 mg/L之间变化,蓄水后在0.35~1.29和0.01~0.05 mg/L之间变化,蓄水后TN浓度较蓄水前略有升高,但TP浓度较蓄水前约降低75%;（2）蓄水前华弹站TN浓度与向家坝站基本接近,TP浓度总体低于向家坝站,蓄水后华弹站TN浓度低于向家坝站,TP浓度明显高于向家坝站;（3）金沙江TN以硝态氮（NO₃^--N）为主,占TN浓度的67.3%~91.8%;（4）两站的TN浓度随流量和含沙量变化较小,TP浓度与流量和含沙量均呈正相关关系;（5）华弹站TN、TP年通量在48357~135827和4720~14163 t之间变化,年均值分别为90337和8932 t,向家坝站蓄水前后TN年通量在64232~130966和71675~149647 t之间变化,蓄水后通量总体高于蓄水前,TP年通量在8851~18624和3131~7300 t之间变化,蓄水后通量远低于蓄水前;（6）水库蓄水对出库TN浓度与通量无明显影响,但TP浓度与通量较蓄水前明显降低,其中通量年均滞留率约为67.0%.     

金沙江下游梯级水库泥沙淤积和坝下河道冲刷规律

金沙江下游4个梯级水电站总装机容量相当于两座三峡水库,是“西电东送”中部地区的源头工程,工程效益发挥对经济社会发展意义重大。2012年以来,向家坝、溪洛渡、乌东德和白鹤滩电站等陆续蓄水运行,层层拦截金沙江的泥沙,2013—2020年向家坝出库年输沙量均值下降至152万t,减幅超过99%。大量泥沙淤积在梯级水库内,同时向家坝以下河道发生长距离冲刷。本文以自金沙江下游工程筹建以来的观测资料为基础,针对梯级水库的泥沙淤积和坝下游河道冲刷规律开展研究,结果表明:金沙江下游四个梯级电站自建成运行至2020年底,累计淤积泥沙约5.98亿m³,其中溪洛渡库区淤积量占比达92.5%,2013-2020年溪洛渡和向家坝水库排沙比分别为2.64%和22.2%,其水库泥沙主要淤积在常年回水区的干流河道内,以死库容内淤积为主,侵占有效库容的比例小于1.3%。金沙江下游库区干流河道的峡谷特征明显,淤积多表现为主河槽的平铺式淤高。溪洛渡和向家坝库区淤积的泥沙沿程分选特征明显,越靠近坝前,中数粒径减小、细颗粒泥沙沙量百分数增加,极细颗粒泥沙会在库区一定范围内大量沉积。向家坝下游河床普遍冲刷,但...     

金沙江下游梯级水库对水温及鱼类适宜产卵时间的影响

水温是重要的水文指标。气候变化和人类活动加剧背景下,水温变化已成为威胁全球水生态系统的重要因素。长江上游开发了世界上规模最大的梯级水库群,然而目前关于梯级水库和气候变化对下游水温及水生态的耦合影响仍不清楚。本文基于长江宜宾-重庆段长序列水温和气象资料,解析了气象因子和金沙江梯级水库对下游水温的影响,评估了长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区重要鱼类适宜产卵时间对水温变化的响应,结果表明：研究河段近30年年平均水温显著增高,增幅约为0.5～1.1℃;向家坝-溪洛渡水库蓄水后向家坝站、朱沱站和寸滩站年水温过程平均滞后约36、13和7 d,蓄水后下游河段春季“滞冷”效应明显,秋冬季“滞热”效应明显,各水文站旬平均水温最大增加和降低幅度分别为1.8～3.7℃和1.3～3.6℃,“滞热”程度大于“滞冷”程度;年内不同月份水温变化主要由梯级水库蓄水引起,年际间平均水温变化主要由气候变化引起;蓄水后向家坝站附近水温达到重要鱼类适宜产卵水温时间延迟了30～40 d,蓄水对达到重要鱼类适宜产卵水温的时间延迟程度为：黑尾近红鲌>长薄鳅、圆口铜鱼、岩原鲤>中华金沙鳅>长江鲟>胭脂鱼,...     

高烈度区的水库地震问题

本文提出重视我国中西部高烈度区水库地震问题的基础研究,即水库水域区位于历史地震影响烈度或地震区划在Ⅶ度及以上区域的水库地震问题。这些区域的水库地震研究,不能简单套用一般低烈度区水库诱发地震的一些技术思路和方法,而是需要研究高烈度区水库地震问题的特殊性,主要体现在库区构造环境、断裂活动、随机性背景地震活动水平高等特点。研究水库地震评价问题,包括水库地震强度的预测问题。用金沙江下游梯级水库地震研究事例试图说明这一点。分析水库地震问题,首要抓住在工程设计寿命期间构造地震的潜在危险性这一关键问题。水库地震研究中一些常见的统计预测不合理,应分析水库地震或诱发地震活动需要考虑的地震构造条件、库区岩性条件、地下应力条件、应变积累势态等。     

雅砻江流域下游梯级水库地震台网监测能力验证

雅砻江流域是中国第三大水电基地,位于强震区,水库地震监测工作十分重要。基于近震震级公式和古登堡-里克特震级频度关系式,分别求取雅砻江下游梯级电站水库诱发地震监测台网的理论监测能力和根据实际记录地震进行监测能力验证。结果表明:在重点监视区理论监测能力达到了ML0.5级的要求,实际观测验证表明,重点监视区其实际最小完整性震级为ML0.5级,达到了雅砻江流域下游梯级水库诱发地震监测台网设计目标。     

喀斯特地区梯级水库建造对水化学分布的影响

为深入了解河流梯级筑坝对喀斯特地区河流水化学分布的影响,于2017年1、4、7和10月别对乌江干流洪家渡水库(多年调节)、乌江渡水库(季调节)和索风营水库(日调节) 3个具有不同滞留时间的水库进行水样采集,分析入库水、坝前剖面水和下泄水的水化学特征,探讨河流梯级筑坝对水化学分布及风化速率估算的影响.研究结果表明:3个水库深层水比表层水HCO3-浓度分别高12.9%、5.5%和8.0%,Ca²⁺浓度分别高15.9%、2.4%和8.5%.河流梯级筑坝一定程度上改变了水体水化学组成,从而影响碳酸盐岩风化速率估算.整体上,洪家渡水库、索风营水库和乌江渡水库的全年风化速率变化范围分别为:-1.7%～15.4%、-5.6%～1.1%和-0.3%～3.4%.河流筑坝作用对风化速率估算及主量离子浓度的影响:HCO₃^-与Ca²⁺浓度分布均为:洪家水库>乌江渡水库>索风营水库,这与水体滞留时间长短规律一致,表明水体滞留时间影响着水化学的组成分布.同时水体离子浓度表现出明显的季节性差异,丰水期各水库变化率明显...     

黄河上游近60年水沙变化特征及其影响因素

由于受人类活动及气候变化影响,黄河上游干流水沙特征发生显著变化。为探究黄河上游水沙变化情况,基于黄河上游5个水文站1964-2019年水沙、遥感影像等数据,利用Mann-Kendall检验法、滑动t检验法、累积距平曲线和双累积曲线等突变检验方法和小波分析法,对黄河上游水沙变化特征进行研究。利用水沙关系曲线及线性回归法等方法估算人类活动和气候对水沙变化的贡献率,并着重讨论梯级水库建设及土地利用变化对水沙的影响。结果表明:1)黄河上游玛曲-小川段流域内降雨量和径流量变化幅度不明显,贵德站、循化站、小川站1986-2019年年均输沙量分别减至1964-1985年的9.8%、24.6%、38.8%,输沙量大大减少。黄河上游玛曲-小川段径流量突变多在1986年,输沙量突变多在1969、1986、2004年,径流量存在8、16、22 a周期,输沙量存在4~8、18~21、27 a周期。2)1969年后,河流输沙能力增强,水沙关系显著改变。在不同时段内,人类活动对径流量变化在1987-2019年贡献率为66.3%,对输沙量变化在1970-1986、1987-2004、2005-2019年的贡献率为72.96%、70.73%、69.7%。人类活动对黄河上游干流水沙影响占据主导因素。3)刘家峡水库淤积最为严重,单库运行期水库淤积量为2.39亿t,排沙比变化范围为1.39%~10.7%。梯级水库联调使得径流量在1964-2004年间减少47.8%,1964-2019年间梯级水库减沙94.8%,梯级水库对输沙量影响远大于对径流量的影响。4)1980-2020年间,草地面积增加了1880.03 km²,增幅3.1%,有利于减少输沙量,草地拦沙效益大于截流效益。     

基于蒙特卡罗方法的梯级电站系统地震危险性分析

目前,在梯级开发的大坝场址地震安全性评价工作中,其工作步骤仍然与单个坝址的地震安全性评价工作步骤相同,并没有考虑不同坝址之间的关系.这种关系包括不同坝址地震危险性的相关性以及梯级开发的一系列大坝中任意一个大坝的破坏对整个梯级电站系统正常运行的影响.所以在梯级电站系统安全性评价中,考虑系统整体的地震危险性具有重要意义.本文以大渡河流域梯级开发的8座水电站为例,利用蒙特卡罗方法研究梯级电站系统整体的危险性.此研究可以为梯级电站系统的抗震设防和制定防灾对策提供依据.     

梯级电站系统的地震危险性评价方法

本文的研究目标是：以大渡河干流梯级电站系统为分析实例,考虑汶川8．0级地震后地震环境的变化,研究复杂地震环境对梯级电站工程系统地震危险性的影响特征,在对梯级电站大坝以及梯级电站系统进行一些简化和假定的基础上,将全部梯级电站作为一个整体,考虑上游大坝对下游相邻大坝的附加危险性影响,提出梯级电站系统地震危险性评价的新方法。     

P-wave velocity structure beneath reservoirs and surrounding areas in the lower Jinsha River

The lower reaches of the Jinsha River are rich in hydropower resources because of the high mountains, deep valleys, and swift currents in this area. This region also features complex tectonic structures and frequent earthquakes. After the impoundment of the reservoirs, seismic activity increased significantly. Therefore, it is necessary to study the P-wave velocity structure and earthquake locations in the lower reaches of the Jinsha River and surrounds, thus providing seismological support for subsequent earthquake prevention and disaster reduction work in reservoir areas. In this study, we selected the data of 7,670 seismic events recorded by the seismic networks in Sichuan, Yunnan, and Chongqing and the temporary seismic arrays deployed nearby. We then applied the double-difference tomography method to this data, to obtain the P-wave velocity structure and earthquake locations in the lower reaches of the Jinsha River and surrounds. The results showed that the Jinsha River basin has a complex lateral P-wave velocity structure. Seismic events are mainly distributed in the transition zones between high- and low-velocity anomalies, and seismic events are particularly intense in the Xiluodu and Baihetan reservoir areas. Vertical cross-sections through the Xiangjiaba and Xiluodu reservoir areas revealed an apparent high-velocity anomaly at approximately 6 km depth; this high-velocity anomaly plays a role in stress accumulation, with few earthquakes distributed inside the high-velocity body. After the impoundment of the Baihetan reservoir, the number of earthquakes in the reservoir area increased significantly. The seismic events in the reservoir area north of 27° N were related to the enhanced activity of nearby faults after impoundment; the earthquakes in the reservoir area south of 27° N were probably induced by additional loads (or regional stress changes), and the multiple microseismic events may have been caused by rock rupture near the main faults under high pore pressure.     

珠江干流梯级开发对鱼类的影响与减缓对策

2013年6—7月对珠江龙滩库尾至长洲坝下江段干支流鱼类进行了调查,共采集到鱼类6418尾,隶属于10目23科82属122种.分析了渔获物的种类组成与分布、生态类型、珍稀濒危特有鱼类采样情况、各江段群落相似度和鱼类多样性等,并与该区域鱼类历史记录进行了对比分析.总体来看,珠江干流梯级开发后,由于大坝阻隔、水文情势改变等,鱼类资源发生了较大变化,河海洄游性鱼类和河口鱼类受大坝阻隔影响分布范围变窄;珍稀濒危特有鱼类由于生境破坏,种群规模变小,濒危程度加剧;库中江段流水性鱼类种类数和资源量显著下降,静缓流鱼类成为优势种;外来鱼类种类多、分布广.对导致珠江干流鱼类资源衰退的其他原因进行了分析,主要包括过度捕捞、生境破坏、水污染和外来鱼类入侵等.针对珠江干流梯级开发及鱼类资源现状,提出了栖息地保护、河流连通性恢复、鱼类增殖放流站建设、生态调度、渔政管理和生态补偿等措施建议.     

水位波动下的呼伦湖上覆水体与沉积物间隙水之间溶质的运移特征

为了探求内蒙古呼伦湖上覆水体和沉积物间隙水之间溶质运移机制,对呼伦湖的1个沉积物柱芯的间隙水、3个湖泊水体以及湖周边7个地下水体中的氯离子(Cl~-),氢、氧稳定同位素(δD和δ~(18)O)分别进行分析测试,并利用其示踪性对沉积物中溶质运移特征进行研究.结果显示,δD、δ~(18)O和Cl~-浓度在不同水体中的分布具有相似的分布规律,整体上从底部沉积物到上部湖水浓度分布呈现逐渐递减的抛物线趋势,在间隙水中最大值位于所取沉积物柱芯的最深处,Cl~-浓度为306 mg/L,δD和δ~(18)O分别为-58‰和-5.9‰;最小值位于沉积物柱芯上层,并与上覆水体中的值相似,Cl~-浓度为159 mg/L,δD和δ~(18)O分别为-66‰和-7.3‰.为了明确沉积物柱芯中间隙水的高浓度Cl~-和偏正δD、δ~(18)O的来源,比较不同水体的δ~(18)O-δD关系点分布,表明含有偏正值的δD、δ~(18)O和高浓度Cl~-的间隙水与上覆湖水关系密切,可能是由于低水位时期湖水与间隙水相互发生扩散作用而产生的结果.一维对流扩散迁移模型证实扩散作用是控制着沉积物间隙水中溶质浓度在垂向上分布的主要机制,同时湖水水位的变化会影响沉积物间隙水与上覆水体的扩散过程,特别是在水位上升期,富集在沉积物中的溶质可能成为湖水的重要物质来源,影响上覆水体的水质.因此,对于封闭湖泊水位的控制和管理不仅在维持湖泊水量方面有着直接的作用,同时在稳定湖泊水质条件上也有着重要的意义.     

澜沧江梯级水库浮游植物群落结构特征及其关键驱动因子

筑坝改变河流生源要素迁移转化过程及浮游植物群落分布特征,影响河流生态系统结构与功能。为探究梯级筑坝河流浮游植物群落结构特征及其关键驱动因子,2016年丰水期、2018和2021年丰、枯水期在澜沧江开展了浮游植物群落及相关环境要素的调研。本文重点对比分析了丰水期自然河道段和水库浮游植物间的差异,基于广义相加模型(GAM)建立浮游植物与环境要素间的关系,研究发现:丰水期浮游植物生物量显著高于枯水期,丰、枯水期浮游植物群落结构均呈现上游以硅藻门为主,中下游以绿藻门、蓝藻门为主的变化特征。营养盐和水库的水力停留时间(HRT)是导致上、下游浮游植物生物量差异的关键环境要素;总磷、水温和HRT是影响浮游植物群落多样性指数的主要环境要素;总磷、氨氮是影响丰富度指数的关键环境要素。本研究结果有助于深化理解梯级筑坝河流生态环境效应。     

筑坝拦截对黑河河道沉积物粒度空间分布的影响

河流沉积物对流域环境变化具有敏感响应,其粒度参数能反映沉积环境中物质来源和水动力环境.本文以黑河流域上中游为研究区域,探究河流沉积物粒度对流域环境变化的响应.从黑河上中游干流22个主要控制断面采集河床沉积物样品,采用筛分法和吸管法对沉积物样品粒度参数进行测定,并分析其空间分布规律对筑坝拦截为主的环境改变响应.研究结果表明：受梯级水库建设影响,黑河上中游泥沙粒径大小差异显著.干流库区泥沙粒径较自然河段明显减小,分选很好,呈正偏或极正偏尖锐分布,而且在库区不同沉积高度上表现出分层沉积特征;坝下游河段因遭受强烈冲刷,较自然河段泥沙粒径粗化显著,分选变差,偏态趋向极正偏,峰态尖锐化;水库回水区受水库壅水及下泄清水的双重制约,泥沙粒度参数介于自然河段和坝下游河段之间,整体分选中等,呈极正偏尖锐分布;沉积环境分析表明,上游支流河段沉积物粒度特征受泥沙供给和物源特征的影响较水动力条件显著,干流河段沉积物粒度特征主要受水动力条件控制.研究结果既符合河流上中游沉积物粒度分布规律,也反映了河流环境变化对沉积物粒度组成的影响.     

Effects of climate change and human activities on runoff and sediment inputs of the largest freshwater lake in China,Poyang Lake

The nonparametric Mann-Kendall test and the Pettitt test were employed to examine the change trends and shifts of runoff and sediment input to Poyang Lake between 1961 and 2013. Water balance and linear regression models were used to evaluate the impacts of climate variability and human activities on the runoff and sediment discharge changes. The results showed that runoff inputs to the lake had insignificant temporal trends and change points, while sediment inputs had significant decreasing trends, with an abrupt change in 1989. Quantitative assessment demonstrated that human activities led to a small decrease (5.5%) in runoff inputs to the lake, and a dramatic (121.4%) decrease in sediment inputs to the lake between the reference period (before the change point) and the human-influenced period (after the change point). This work provides a useful reference for future policy makers in water resource utilization and environmental safety of the Poyang Lake basin.