三峡水库汛期沙峰输移特性初步研究

以三峡水库蓄水运用后实测沙峰输移资料为基础,分别研究了三峡水库汛期沙峰传播时间和沙峰出库率与不同影响因素之间的关系.采用理论推导和逐步回归相结合的方法,找到了沙峰传播时间和沙峰出库率的主要影响因素,确定了沙峰传播时间和沙峰出库率的公式结构形式,回归建立了拟合效果较好的三峡水库沙峰传播时间公式和沙峰出库率公式,并采用实测资料对公式进行了初步验证.研究成果揭示了三峡水库汛期沙峰输移特性,可为三峡水库汛期泥沙调度提供参考.     

三峡水库出库流量变化对洞庭湖定居性鱼类产卵生境的影响

为分析三峡水库消落期不同出库流量与洞庭湖定居性鱼类产卵生境加权可利用面积之间的关系，选取水深和流速作为定居性鱼类产卵生境的关键影响因子，建立生境适宜性曲线，基于物理栖息地模型定量评估鱼类产卵生境适宜性的空间变化特征，并量化鱼类产卵所需的适宜生态流量。结果表明：三峡水库消落期增加出库流量对洞庭湖的水位及流速有一定的提升作用，对东洞庭湖的影响明显，对南洞庭湖和西洞庭湖的影响较小；随着三峡水库出库流量的增加，湖区定居性鱼类产卵生境的加权可利用面积呈现先增大再减小的趋势，不同湖区的加权可利用面积变化趋势及对三峡水库出库流量的响应情况具有显著差异，东洞庭湖定居性鱼类产卵生境的加权可利用面积呈现逐渐上升的趋势，南洞庭湖加权可利用面积总体增长幅度不大，呈现双峰曲线，西洞庭湖加权可利用面积呈现先增大后减小的趋势；定居性鱼类产卵生境的适宜生态流量范围为18 500～24 500 m³/s,最适宜生态流量为22 500 m³/s。     

近30年黄河下游游荡段平滩面积及流量变化特点

上游水库蓄水拦沙运用会引起坝下游河流水沙条件的改变,导致坝下游平滩河槽形态与过流能力发生调整,给防洪规划、滩岸土地利用等带来了一系列影响.利用黄河下游游荡段1986～2016年水沙及断面地形等实测资料,分析了小浪底水库运用前后断面及河段尺度平滩面积及流量的变化特点,建立了河段平滩面积及流量与水沙条件的经验关系.计算结果表明:1986～2016年,游荡段平滩面积及流量总体均呈现出先逐渐减小再增加的趋势;综合考虑汛期及非汛期水沙条件对河床形态及过流能力调整的重要影响,游荡段平滩面积及流量:(1)与前期4年等权重平均的汛期及非汛期水流冲刷强度之间拟合关系较好,决定系数R~2分别为0. 926和0. 901;(2)与汛期及非汛期的水沙条件均呈正相关关系,其中平滩面积对汛期平均水流冲刷强度的变化更为显著,而平滩流量对汛期与非汛期平均水流冲刷强度变化都较为明显;(3)与前期4年非等权重的汛期及非汛期水流冲刷强度之间拟合关系也较好,R~2分别为0. 929和0. 906;(4)与非等权重计算相比,等权重计算的经验关系式已经达到一个较高的精度,且计算过程简便,因此便于实际应用.     

三峡水库至坝下游粗细颗粒泥沙输移特性与驱动机制

流域人类活动的增强,深刻影响了河流水文与地貌形态演变过程及发展趋势.三峡大坝作为全球最大的水电工程,其运行对下游水沙通量、泥沙输移、地貌形态等的影响引起了广泛关注.通过1990～2021年三峡水库蓄水对泥沙分选及下游泥沙输移过程影响的研究,加深了人类活动对河流水沙-地貌系统演变的认识.研究结果表明：三峡水库拦蓄了上游流域76.33%的沙量进入大坝下游,细颗粒(d≤0.125mm)和粗颗粒(d>0.125mm)沙量排沙比低于25.0%(24.26%和11.69%);2003年以来三峡大坝下游河段总沙量、细颗粒泥沙沿程得到恢复,其恢复量值低于蓄水前(1990～2002年)平均值;三峡水库运行改变了库区水位及流量过程,库区水位抬升降低了总沙量、粗颗粒及细颗粒泥沙排沙比,汛期(5～10月)入库流量大于30 000m³/s天数多的年份细颗粒泥沙排沙比增加、粗颗粒泥沙排沙比保持稳定;三峡水库运行后坝下游宜昌至湖口河段的沙量减少引起河床长距离累积冲刷,细颗粒泥沙沿程得到恢复,因河床逐渐粗化作用引起的粗颗粒泥沙恢复程度呈减弱态势.     

渭河下游平滩流量影响因子相关分析

渭河是黄河最大的支流,渭河下游河道主槽的严重萎缩和平滩流量的大幅度减小,严重威胁下游的防洪排涝.由于渭河下游非汛期来水来沙较少,因而对于平滩流量的计算,人们都忽略了非汛期水沙条件变化、潼关高程对汛后平滩流量的影响.近年来,随着汛期来水来沙量的减少,非汛期来水来沙条件对平滩流量的影响逐渐增大.本文运用人工神经网络方法,分别建立渭河下游华县站汛期和非汛期来水来沙条件等影响因子与平滩流量的人工神经网络模型,结果显示:当平滩流量计算中加入非汛期来水来沙、潼关高程等影响因子后,计算精度有大幅提高,且平均相对误差有所减小,平滩流量的计算更加准确.     

洞庭湖水沙阶段性演变特征及驱动因素分析

【目的】通过分析洞庭湖三口年断流天数及同流量水位变化情况,研究其与径流量及输沙量之间的相互关系;结合水利工程建设情况,探究人类活动对洞庭湖水沙变化的影响。【方法】基于洞庭湖出入湖主要控制站1961—2017年实测水沙数据,采用Mann-Kendall检验法及Pettitt突变检验法分时段分析洞庭湖出入湖水沙演变特征。【结果】1）三口年均径流量持续减少,三口年径流量及汛期径流量在1985年左右发生显著突变。三口五站同流量水位抬高明显,三口输沙量随分流量的减少而减少,藕池口的输沙量下降幅度最大,三口总入湖输沙量在1990年发生显著突变;2）四水径流量未发生明显变化,但年输沙量和汛期输沙量均在1985年以后呈显著减少趋势;3）洞庭湖出入湖总径流量呈减少趋势,出入湖年输沙量呈显著减少趋势,出湖年输沙量的减少速度相对较慢,尤其是在2008年以后,出湖输沙量比入湖的多。【结论】下荆江裁弯、葛洲坝枢纽、三峡工程以及四水控制性工程的建设是造成洞庭湖水沙过程发生变化的主要原因。其中,三峡水库的运行使得三口分沙及太平口、藕池口非汛期分流量减少幅度达90.0%以上。四水水沙变化受湖南省大中型水库建设的影响较...     

黄河宁蒙河段近期水沙特性及冲淤过程研究

针对宁蒙河段近期水沙问题,以水力学及河流泥沙动力学为基础,研究河道水沙变化后河道冲淤临界指标.利用1952—2012年黄河宁蒙河段各水文站点实测资料,系统分析了河段水沙变化特性,点绘出河段汛期单位水量冲淤量与来沙系数关系,计算了不同河段河道临界冲淤条件.结果表明:宁夏下河沿-青铜峡河段河道基本能维持冲淤平衡,青铜峡-石嘴山河段河道呈微淤趋势,石嘴山-巴彦高勒河段冲淤调整量不大,内蒙三湖河口-头道拐河段随着进口流量的增加冲淤效率呈现淤积少—淤积多—淤积少—冲刷的变化特点;当平均流量小于1 000 m3/s时,宁蒙河道发生淤积,随着流量的增大,宁蒙河道处于冲刷的状态;当进口站含沙量小于7 kg/m3时,宁蒙河段基本表现为冲刷状态,当含沙量大于7 kg/m3时,宁夏青铜峡至石嘴山河段汛期冲淤平衡临界来沙系数为0.003 4 kg·s/m~6,内蒙古巴彦高勒至头道拐河段汛期临界来沙系数为0.004 5 kg·s/m~6,内蒙河道河道汛期冲淤平衡临界来沙系数大于宁夏河道.     

黄河口尾闾河道横断面形态调整及其与水沙过程的响应关系

为治理尾闾河道萎缩提供技术支撑,采用实测资料分析与理论探讨相结合的方法,研究了尾闾河道断面形态变化及其与水沙过程的响应关系.结果表明,1986年后,黄河口水沙过程变异,尾闾河道平滩流量和平滩面积大幅度减小,平滩宽深比有所增大,断面形态变的宽浅;2002年后,小浪底水库调水调沙运用,尾闾河道萎缩有所恢复,平滩流量和平滩面...     

长江水沙特征及其影响因素初步分析

利用长江大通站1950～1993年(1991年缺)流量和1950～1990年输沙资料和部分年份的寸滩站和宜昌站、城陵矶站、黄家港站、外洲站资料分析了长江干流水沙的季节变化、年度变化特征以及水沙的相互关系,对长江上游及南北两岸的主要支流的水沙关系也作了分析.结果表明:长江水沙季节和年度变化明显，水沙峰值不同步，近期输沙量有减小，流量有增加的趋势.在此基础上,对影响上述长江水沙变化特征的因素作了初步分析,认为人类活动是其变化的重要原因之一.     

金沙江建库对三峡水库泥沙淤积的影响

金沙江上梯级水库的修建必然影响水库淤积发展过程,进而水库的长期运用及影响航运状况。本文运用一维及二维泥沙数学模型计算分析了金沙江建库对三峡水库泥沙淤积及航运的影响,一维计算结果表明,上游建库的综合作用将延缓三峡水库的淤积发展过程,上游建库情况下,变动回水区河段在三峡水库运用前40年内不会出现泥沙淤积问题;重庆河段整体呈现冲的趋势,100年内基本不发生淤积。二维计算结果表明,相对于上游无库情况下,金沙江建库后,重庆河段长江干流泥沙淤积量及淤积厚度明显减少,甚至出现冲刷,航运条件明显改善;金沙碛河段受金沙江建库影响较小,仍会出现碍航问题,需要进一步整治。     

金沙江建库对三峡水库泥沙淤积的影响

金沙江上梯级水库的修建必然影响水库淤积发展过程、水库的长期运用及影响航运状况.运用一维及二维泥沙数学模型计算分析了金沙江建库对三峡水库泥沙淤积及航运的影响.一维计算结果表明,上游建库的综合作用将延缓三峡水库的淤积发展过程;上游建库情况下,变动回水区河段在三峡水库运用前40年内不会出现泥沙淤积问题.重庆河段整体呈现冲的趋势,100年内基本不发生淤积.二维计算结果表明,相对于上游无库情况下,金沙江建库后,重庆河段长江干流泥沙淤积量及淤积厚度明显减少,甚至出现冲刷,航运条件明显改善;金沙碛河段受金沙江建库影响较小,仍会出现碍航问题,需要进一步整治.     

柘林水库坝址洪水与入库洪水系列分析

柘林水库的设计洪水以建库前历史坝址洪水为依据而设计,为了编制水库调度方案,需统一分析坝址洪水和入库洪水系列.为此,首先整理坝址洪水和入库洪水的基本资料,然后推算建库前及建库后的坝址洪水系列,最后建立洪峰与洪量系列之间的相关关系.计算和分析结果表明:柘林水库入库洪水洪峰流量增大系数为1.113,1 d洪量增大系数为1.0...     

渭河下游平滩流量的预测

黄河支流渭河下游平滩流量大幅度减小,严重威胁下游防洪排涝。为掌握平滩流量的调整规律,建立了适用于渭河下游华县站的平滩流量计算方法。华县水文站的实测资料分析表明:平滩流量的调整受到上游来水来沙条件和下游侵蚀基准面(潼关高程)的共同影响。综合考虑上游汛期平均流量、汛期平均来沙系数、洪峰流量及潼关高程的影响,应用平滩流量滞后响应模型,建立平滩流量的计算方法。结果表明:该方法计算值与实测值符合很好,计算精度较高。     

长江上游梯级水库泥沙冲淤长期预测初步研究

采用长江上游梯级水库联合调度泥沙数学模型,开展了考虑干支流水库群拦沙影响的长江上游梯级水库联合调度泥沙冲淤500年长期预测计算,并对乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝、三峡水库淤积过程及库区淤积初步平衡时间进行了初步分析.结果表明:在1991~2000年水沙条件下,不考虑龙盘梯级时,乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝、三峡水库的库区淤积初步平衡时间分别约为140、230、260、270、340年;考虑龙盘梯级时,乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝、三峡水库的库区淤积初步平衡时间分别约为180、270、290、300、370年.各水库淤积平衡时间均比原设计有较大延长.     

反调节库下高含沙水库水沙调度方式研究——以亭口水库为例

以亭口水库为例,在明晰反调节库与亭口水库互馈过程基础上,考虑修建新集-盘口水库对亭口水库的影响,并结合水库初期实际供水情况和入库水沙条件的丰枯特性,利用亭口水库水沙调度模型,对运用初期不同最高蓄水位下水库冲淤及供水过程进行模拟.通过多方案优化比较,绘制出可供水量与最高蓄水位之间的关系曲线,据此得出水库运行初期合理的水沙调度方式,即依据实际供水需求确定最优蓄水位.该成果不仅为亭口水库投运后运用管理提供技术支撑,也为多沙及高含沙河流类似水库的理论探索、规划设计及运用管理提供参考.     

三峡梯级短期优化调度大系统分解协调法的应用

针对梯级间流量传播对梯级水电站短期优化调度影响的问题,采用实测资料率定梯级间流量传播系数,构建了计算梯级间下游水电站入库流量的变系数线性回归方程,建立了"以水定电"模式下考虑流量传播影响的梯级水电站群短期优化调度系统分解协调模型.三峡梯级应用实例表明,当上游水库出库流量较小时,流量传播对梯级短期优化调度结果影响较大,且分解协调算法较轮库迭代法可有效减少解算时间,提高模型运算效率.     

基于IHA分析锦江水库对下游径流的影响

本文基于仁化、长坝两个研究站点1958~2009年之间的日平均径流资料,采用IHA法分析锦江水库修建后对下游河道径流过程变化的影响;基于扶溪、城口、五渡村、厚坑、仁化、石塘等站点1958~2009年的降水资料,采用滑动平均法及M-K检验法分析锦江流域降水年际变化,以印证锦江水库对下游径流的影响.结果表明,锦江水库建库后下游年平均径流总量有所减少,其调蓄水对下游径流有削峰迟滞作用,汛期径流年内分配减少的但其年际变化较建库前小,并使得年内径流分配较建库前均匀,但其调蓄水也促成建库后锦江下游段的多年平均断流天数长达52.06d,给下游生态造成一定破坏,有必要采用更为合理的调度制度以使下游和谐发展.     

格伦峡大坝对下游河道河流健康的影响分析

河流上修建水库后,由于水库对水流和泥沙的调节作用,使得进入下游的水沙过程发生变化.如洪峰流量减小,流量过程调平,水流含沙量急剧减小等,结果引起河道一系列新的调整变化,对河流的生态环境造成一些影响.以美国格伦峡水库为例,分别从下游水沙变化、下游河道冲刷及河道平面变化等几个方面对建坝给下游河道河流健康的影响进行初步分析.并结合国内外河流健康评价模型,根据格伦峡的实际情况对其对科罗拉多河河流健康的影响进行量化评价.     

黄河中下游水库-河道-滩区水沙模拟系统的构建与应用

库区减淤和坝下游河道防洪是黄河中下游洪水管理需要统筹考虑的目标,为此建立了能够实现库区、下游河道和滩区联合模拟的水沙模拟系统.该系统由一维水库、一维河道、二维滩区3个子模型和水库调度模块组成.其中水库模型通过浑水明流与异重流控制方程的交替求解模拟异重流的形成、传播与出库过程.模拟系统中采用的控制方程充分考虑了水沙输移与河床变形之间的耦合作用,数值方法主要采用了具有激波捕捉能力的有限体积法,水库调度模块可以对多种调度模式自定义组合.模拟系统给出的2012年黄河调水调沙过程中小浪底库区水位变化,异重流演进,下游水文断面含沙量变化等计算结果与实测过程符合较好.通过坝下游一维河道模型和二维滩区模型的联合模拟,分析了兰考东明滩区漫滩洪水过程中植被阻力对演进速度和冲淤分布的影响.最后采用该系统模拟了小浪底水库运用条件下"1958"型洪水的演进过程,在防洪调度规则下小浪底水库最大下泄流量约9 000m~3/s,花园口洪峰流量削减了3 982m~3/s,库区及坝下游累计淤积量分别为3. 68×10~8t和1. 33×10~8t.因此该模拟系统可以为黄河中游水库优化调度,下游河道防洪工程建设以及蓄滞洪区运用提供科学依据.     

黄河下游河道萎缩过程初步分析

黄河下游河道萎缩与来水来沙条件具有复杂的响应关系，根据黄河下游汛期实测水沙过程及断面形态资料，采用河槽过水面积、来沙系数、同流量水位变化、河相系数变化描述河道萎缩过程。结果表明：20世纪90年代以来，由于来水来沙条件的变化，黄河下游来沙系数增大，同流量的水位进一步抬高，河道过水面积大大减少，河道萎缩进一步加剧，并且河道萎缩与来沙系数有一定的关系，当来沙系数大于某一值后，河道由冲刷转化为淤积，河道过流能力下降；随着河道的萎缩，河床形态会有一定的调整，二者关系密切。