三峡工程运用后长江中游河床调整沿程变化特点

三峡工程运行后,坝下游河道发生持续冲刷。本文研究了长江中游(955 km)不同河段沿程演变差异及其原因。总体而言,河床形态调整幅度自上而下减弱,这是因为在河床持续冲刷过程中,水流含沙量沿程恢复,故越往下游冲刷相对缓慢。平面形态方面,长江中游岸线崩退及洲滩变形的强度均呈沿程减弱趋势,且在荆江河段最为显著。断面形态方面,河床冲深幅度在宜枝下段>荆江河段>宜枝上段>城汉河段>汉湖河段。理论上距离三峡工程最近的河段冲刷应最为剧烈,但由于宜枝上段床沙粗化显著,限制了冲刷的进一步发展。过流能力方面,宜枝河段由于距洞庭湖较远,并未受到入汇顶托作用,故其平滩流量的调整基本由进口水沙条件控制,并随着河床冲深下切而增大;对于荆江、城汉和汉湖河段,河床冲刷虽显著,但支流或湖泊的入汇顶托对平滩流量产生的影响大于前者,故平滩流量总体随上下游水位差同步波动。     

三峡工程运行前后的长江中游河段冲淤变化(1975-2017年)

气候变化和流域人类活动等综合影响改变了河道演变的自然进程,尤其是流域大型水库的影响,深刻改变了下游的水沙通量与河道演变过程及趋势.以三峡工程为对象,研究坝下游水沙通量及河道演变过程对三峡工程运行的响应关系,可加深大型水利枢纽运行对下游河道演变影响的认识.本文以长江中游河段(宜昌—湖口河段)为研究对象,分析1975-20...     

长江中游黄盖湖富营养化趋势分析及原因诊断

为评估黄盖湖富营养状况和变化趋势并诊断主要成因,以2015～2021年环境监测站点水质数据和2021年秋季的4次全湖加密监测数据为基础,采用综合营养状态指数（TLI（Σ））评价了黄盖湖富营养化程度及变化趋势,使用污染指数法评价了黄盖湖表层沉积物污染程度,基于沉积物与水体间氮磷的相关关系和入湖河流水质状况,初步推断了黄盖湖富营养化的主要原因。结果表明,2015 2021年黄盖湖TLI（Σ）依次为44.14、45.91、42.39、49.79、49.01、49.62和52.77,呈逐年升高的趋势,由中营养状态转变为轻度富营养状态,夏、秋季富营养化程度高于冬、春季;TLI(SD)、TLI(TN)和TLI(TP)贡献率分别为28%、18%和16%,营养盐浓度增加和透明度降低是黄盖湖水体富营养化的主要驱动因子。沉积物TP和TN平均含量分别为791和2691 mg/kg,为重度污染,有较高的释放风险。表层沉积物与表层水体之间TN相关性较弱,TP相关性较强,但受风速、水深等因素影响较大,湖面风速较高时浅水区域表层沉积物中P更容易释放至上覆水。入湖河流的外源输入以及风浪作用下沉积物再悬浮导致的营养盐浓...     

融合星载LiDAR系统GEDI数据与Sentinel-2影像的长江中游洲滩典型禾本科植物高度动态研究

植物是大型河流生态系统的重要成分。但受气候变化和人类活动影响,洲滩禾本科植物高度不断发生调整,进而影响洲滩生境和河道防洪安全,故需长期监测。近年来,伴随着星载激光雷达(LiDAR)技术的发展,应用LiDAR卫星数据反演洲滩禾本科植物高度成为一种可能。本文融合新一代星载LiDAR系统GEDI数据与Sentinel-2影像,基于XGBoost算法构建了考虑物候、累积温度与光合有效辐射指标的洲滩典型禾本科植物高度外推模型,同时利用Attention-UNet算法搭建了洪淹区域识别模型。随后以长江中游洲滩为例,探明了星载LiDAR技术在获取洲滩植株高度方面的性能,分析了各指标对模型精度的影响,并初步得出了洲滩典型禾本科植物高度对不同淹没条件的响应模式。主要结论包括:(1)星载LiDAR系统GEDI具有准确探测洲滩植物高度的能力,与无人机航测数据相比RMSE=0.43 m;(2)运用GEDI数据构建禾本科植物高度外推模型时,考虑物候和累积温度等指标可有效提升模型精度,提升幅度为6.8%～10.7%;(3)利用无人机航测数据对模型外推植物高度进行评价,RMSE=0.80m。同时从模型外推结果中可知...     

三峡工程运用后长江中下游河道冲刷特征及其影响

三峡及其上游干支流梯级水库建成运用后,大坝下游“清水下泄”引起了长江中下游河道发生长时间、长距离的冲刷。2001—2021年期间宜昌至长江口已累计冲刷了50.3亿m³,需厘清河道冲刷对河势、防洪、航运等方面产生影响。分析表明:三峡工程运用后,长江中下游河势总体稳定,弯道段出现切滩撇弯、汊道段出现塞支强干等现象;河道槽蓄量的持续增加,进一步增大了河道调蓄和行洪能力,但水流顶冲点的变化和近岸河床的冲刷下切,使得河道崩岸频发,并影响河势稳定和防洪安全;在河道冲刷、河势控制与航道工程综合作用下,长江中下游航道条件总体得到改善,但河道不均衡冲刷使得坝下游砂卵石河段出现“坡陡流急”,沙质河段出现洲滩散乱、航槽移位等现象,影响航道条件;同流量下枯水位呈下降态势,逢极枯年份影响长江中下游用水安全;江湖关系发生新变化,“三口”分流道由原淤积转为冲刷,两湖湖区水位不同程度的降低,枯水位出现时间有所提前,不利于湖区水资源和生态环境的安全与可持续发展;三峡工程实施枯水期补水调度和“压咸潮”调度以及长江口北支淤积减缓,对于遏制长江口咸潮入侵有利,入海泥沙显著减少引起长江口近岸河床冲刷,影响...     

三峡工程蓄水后长江中游城陵矶—汉口河段过流能力变化及影响因素分析

受上游水库运行的影响,自2003年后长江中游河段河床调整,引起河道自身过流能力的变化.本文选取长江中游城陵矶—汉口河段作为研究对象,根据实测资料计算了 2003-2016年两个水文断面的水位—流量关系及特征流量变化,并采用一维水动力学模型计算了河段尺度的平滩流量.结果表明:(1)螺山站及汉口站2003-2016年的水位...     

三峡水库蓄水后上荆江不同河床组成江心洲的演变过程及其机制

三峡及上游梯级水库群运用后,大坝下游江心洲以冲刷为主,直接影响分汊河段河势条件及航道边界的稳定性。本文采用卫星遥感影像、实测水沙及固定断面床沙级配等资料,分析上荆江枝江、沙市河段中不同河床组成江心洲的演变过程及其机理。结果表明:(1)三峡水库蓄水后(2003—2019年),沙市段沙质江心洲较枝江段卵石夹沙质江心洲萎缩更为显著,出露面积的减幅分别达31%和24%。(2)以关洲和金城洲分别代表卵石夹沙质和沙质江心洲,三峡工程运用后关洲洲头形态较为稳定,受无序采砂的影响其沙质组成的洲尾面积显著减小,而金城洲面积萎缩程度更大。(3)床沙组成对江心洲冲刷程度差异具有重要影响,关洲洲头较金城洲抗冲性更强,与其床沙在年内达到起动条件的数量更少、时长更短有关;建立了江心洲面积与水流冲刷强度及相对水深的定量关系,该关系能综合考虑水沙变化与床沙组成调整的影响,能更好地反演近期江心洲的面积变化特点。     

三峡工程影响的初步评价

全世界都在评论三峡工程的修建,这些评论经常是不太客观的.本文从正负两方面对三峡工程进行了讨论,重点在防洪工程和区域经济方面.作者认为修建三峡工程作为发电的功能远大于防洪的功能.尽管上游来的洪峰经过三峡水库调蓄后能够被削弱.但中游的洪水风险仍然很大.一般而言,中游地区的洪水是大降水事件的产物.三峡工程不可能完全控制中游的洪水.三峡水库发电对中国中部及周边地区经济的可持续发展将产生积极作用,也将能确保东部沿海地区尤其是上海市电能的供给.     

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.     

三峡水库运行前后长江中下游干流及两湖的径流过程变化

为探索三峡水库运行前后长江中下游干流及两湖径流过程的变化及其驱动因素,利用宜昌、监利、大通、七里山、湖口共5个水文站的流量资料,分析了各站径流过程的变化特征及其成因。结论:(1)各站年径流量均减少,但除七里山站之外,其它各站减少比例均小于10%且变化不显著;(2)干流各站月径流量最大减幅发生在10月,而七里山站、湖口站分别发生在7月、4月;(3)干流各站月径流量最大增幅发生在3月,而七里山站、湖口站分别发生在1月、6月;(4)宜昌站,1—4月径流量增加是三峡水库入库径流增加和水库调度的共同作用结果,6—8月径流量减少的主因是三峡水库入库径流量减少,5、9、10月径流量变化的主因是三峡水库调度;(5)监利站,径流量的变化与宜昌站表现出高度的一致性,但冬季各月径流量的增幅均大于宜昌站;(6)大通站,4—6月径流量变化方向与湖口站一致,其它月份变化方向均与宜昌站一致。(7)七里山站,7月径流量减少的主因是洞庭湖流域来水减少,9、10月径流量减少的主要原因是荆江分流减少,但洞庭湖流域来水减少也是重要原因。(8)湖口站,4、5月径流量减少的主因是流域降水减少,9、10月径流量减少的主要原因是鄱阳...     

Geomorphic response of the Jingjiang Reach to the Three Gorges Project operation

Upstream damming often causes significant downstream geomorphic adjustments. Remarkable channel changes have occurred in the Jingjiang Reach of the Middle Yangtze River, since the onset of the Three Gorges Project (TGP). Therefore, it is important to investigate the variations in different fluvial variables, for better understanding of the channel evolution characteristics as an example of the Jingjiang Reach. Recent geomorphic adjustments in the study reach have been investigated quantitatively, including variations in sediment rating curve, fluvial erosion intensity, channel deformation volume and bankfull channel geometry. These fluvial variables adjusted in varying degrees in response to the altered flow and sediment regime caused by the TGP operation. A focus of this study has been especially on variation in the bankfull channel geometry. Calculated bankfull dimensions at section‐ and reach‐scale indicate that: (i) there were significant bank‐erosion processes in local regions without bank‐protection engineering, with empirical relations being developed to reproduce the variation in bankfull widths at four typical sections; (ii) the variation in the reach‐scale channel geometry occurred mainly in the component of bankfull depth, owing to the construction of large‐scale bank‐revetment works, with the depth increasing from 13.7 m in 2002 to 15.0 m in 2014, and with an increase in the corresponding bankfull area of about 11%; and (iii) the reach‐scale bankfull channel dimensions responded to the previous 5‐year average fluvial erosion intensity during flood seasons at Zhicheng, with higher correlations for the depth and area being obtained when calibrated by the measurements in 2002–2012. Furthermore, these relations developed for the section‐ and reach‐scale bankfull channel geometry were also verified by the observed data in 2013–2014, with encouraging results being obtained. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Downstream geomorphic impact of the Three Gorges Dam: With special reference to the channel bars in the Middle Yangtze River

The Three Gorges Dam (TGD) has altered downstream flow–sediment regimes and led to significant changes in the morphodynamic processes in the Middle Yangtze River (MYR). However, due to the complexity of this large river, the driving forces and implication of the morphodynamic processes remain insufficiently understood. This study selected two typical meandering and bar-braided reaches, the Zhicheng (ZC) and Shashi (SS) reach, to examine their responses to the TGD operation. The results showed that in the post-dam period significant channel erosion occurred with a higher erosion rate in the ZC reach (closer to the TGD) compared with the SS reach. The area of the Guanzhou mid-channel bar (ZC reach) and the Sanba mid-channel bar (SS reach) shrank by 30 and 90% from 2003 to 2015, respectively. The increased fluvial erosion intensity due to the reduction in suspended sediment concentration (SSC) drove the shrinkage of the mid-channel bars, as demonstrated by empirical relationships between bar geometry and fluvial erosion intensity. An increase of 22 days per year in the frequency of post-dam medium-to-high discharges (10 000–25 000 m³ s⁻¹), and associated with the reduction in SSC, jointly led to the greater erosion at the convex (inner) banks than the concave (outer) banks, which has negatively affected the designed navigation channels at the concave banks by decreasing their discharge partitioning ratios. The post-dam water level at a given high discharge (>25 000 m³ s⁻¹) showed no evident change, but the water level at a given low discharge (<10 000 m³ s⁻¹) decreased. The reduction in water levels at low flows can affect water supply and riverine ecosystems in the MYR. © 2019 John Wiley & Sons, Ltd.