三峡水库沙峰调度试验研究与思考

三峡水库蓄水运用以来,入库泥沙大幅减少,水库泥沙淤积大为减轻。但受局部暴雨影响,近几年入库泥沙主要集中在典型洪水期间,为水库在洪水期间进行沙峰排沙调度试验提供了有利条件。利用入库泥沙实时监测与泥沙预报技术,对三峡水库洪峰与沙峰传播特性、沙峰调度进行了研究,为2012,2013年汛期成功实施沙峰调度提供了技术支撑,并取得了较好的排沙减淤效果。为了掌握更精准的沙峰调度时机、制订更科学合理的沙峰排沙调度方案,提出了下一阶段沙峰调度观测与研究的重点和方向。     

2018长江2号洪水期间三峡水库沙峰排沙调度

2018年长江第2号洪水期间,寸滩站洪峰流量59 300 m~3/s,报汛最大含沙量达到4.47 kg/m~3,三峡入库沙量达到了7 440万t,均大于2014~2017年各年的全年入库输沙量,且入库沙峰大、持续时间长。根据泥沙实时监测与预报成果,7月11～20日三峡水库入库和坝前含沙量较大,三峡水库在进行防洪、航运调度的基础上,实施了沙峰排沙调度,将下泄流量42 000 m~3/s一直维持至沙峰通过大坝后。实测资料表明:7月18～20日三峡水库排沙效果明显增强,出库含沙量在0.50～1.20 kg/m~3之间,最大出库输沙率达到48.5t/s,日均出库沙量在370万t左右,按沙峰输移过程统计,沙峰过程排沙比达29%,7月份排沙比达到了31%,取得了较好的排沙效果,有效减轻了库区泥沙淤积。研究成果为进一步完善三峡水库"蓄清排浑"新模式积累了宝贵的经验。     

三峡水库汛期沙峰排沙调度研究与初步实践

三峡工程蓄水运用以来,入库来沙大幅减少,泥沙淤积大为减轻,且绝大部分泥沙淤积在库区常年死库容内,为水库排沙调度试验提供了有利条件。在分析三峡水库洪峰、沙峰传播特性的基础上,针对三峡入库洪峰、沙峰传播的时间差异性,提出了"洪峰到来时拦洪削峰,沙峰临近时加大泄量排沙"的沙峰调度策略。依据所提出的调度模式,于2012,2013年汛期进行了沙峰排沙调度试验,获得了较好的效果,丰富了水库泥沙调度理论,为三峡水库正常运行期科学调度积累了宝贵经验。     

三峡水库库区沙峰输移特性研究

近年来,三峡水库入库泥沙大幅减少,水库泥沙淤积大为减轻。受局部暴雨影响,入库泥沙主要集中在典型洪水期间,为水库的沙峰调度提供了有利条件。三峡水库在2012年和2013年汛期成功实施了沙峰调度,取得了较好的排沙减淤效果。利用实测资料分析和数值模拟等方法,对库区沙峰的输移特性和衰减规律进行了系统分析与研究。结果表明:三峡水库蓄水后,库水位抬高,库区水流流速减慢,沙峰输移时间较蓄水前大幅增加;库区沙峰衰减主要与河段长度、流量和泥沙颗粒有关。研究结果可为进一步掌握更精准的沙峰调度时机、制订更科学合理的沙峰排沙调度方案提供技术支撑。     

三峡水库2018年7月洪水期间泥沙输移特性分析

阐述了2018年7月三峡水库入库洪水组成、洪水泥沙发展、三峡水库调度及出库水沙过程。分析了场次洪水水库泥沙预报,2008年175 m试验性蓄水以来寸滩-庙河的沙峰输移时间、衰减比以及三峡水库场次洪水排沙比等水库泥沙输移特性。分析结果表明:①泥沙预报选取的细颗粒级配曲线与实测悬沙颗粒级配曲线基本一致,沙峰、峰现时间预报精度较高,含沙量过程基本一致。②流量级越小,坝前水位越高,沙峰输移时间越长;沙峰在清溪场-庙河段的衰减较在寸滩-清溪场段更为明显,且衰减程度与场次洪水的洪峰量呈反比,即流量越小,沙峰比越小,衰减越明显。③排沙比与场次洪水平均入库流量呈较明显的正比关系,且随流量的增大而呈加速增大趋势。     

关于三峡水库排沙调度的建议

在回顾三峡水库长期使用问题已往研究成果和分析三峡水库初期蓄水运用以来库区泥沙淤积状况的基础上,提出了关于三峡水库排沙调度的建议。排沙调度是三峡水库运行调度的重要组成部分。排沙调度的目的是保证三峡水库大部分有效库容能长期使用;排沙调度的主要要求是在水库泥沙淤积达到初步平衡之前,仍应控制水库有效库容的年损失率小于1 000万m~3/a,以及水库变动回水区上、中段无累积性泥沙淤积。汛期防洪限制水位的调整应符合上述要求。按三峡水库排沙调度方案,可以保持三峡水库大部分有效库容长期使用。     

三峡水库泥沙调度探索

对三峡水库进入正常蓄水运用中的泥沙调度方式和调度结果进行总结,并对解决库区回水末端重点浅滩河段泥沙淤积加重的问题进行了初步试验研究。结果表明:一般在汛前4月下旬-5月上旬库水位消落期,当入库流量相对较大时,控制库水位日降幅度和调度时间;或在汛期,当预报上游有较大的来水来沙过程时,利用沙峰滞后洪峰的规律和汛期主要的洪水过程排沙量较大的特点,适时控制库水位和下泄流量,均可达到排沙减淤特别是减少库区回水末端淤积的目的。本文丰富了水库泥沙调度理论,并为三峡水库正常运行期科学调度积累了宝贵经验。     

三峡水库泥沙淤积及减淤措施探讨

受上游水库蓄水拦沙、水土保持工程实施、河道采砂及气候变化等因素的影响,三峡水库的入库水沙条件发生了明显变化,水库淤积量大幅度减少。根据实测资料,分析了蓄水以来三峡水库淤积特性,以及减淤措施的实施时机及效果。研究表明:在入库沙量大幅度减少的前提下,三峡水库淤积大为减轻;汛期实施沙峰调度能够增大排沙比,减少水库淤积量;消落期实施库尾减淤调度能够有效缓解库尾局部河段淤积;局部河段清淤能够高效清除淤积泥沙,确保航道畅通。研究结果丰富了水库泥沙淤积管理方法和水库泥沙调度理论,为水库长期保持有效库容提供了参考。     

溪洛渡、向家坝、三峡梯级水库汛期联合排沙调度方式初步研究

采用实测典型水沙过程,对溪洛渡、向家坝、三峡梯级水库基于沙峰调度和基于汛期“蓄清排浑”动态使用的联合排沙调度方式开展了计算研究。结果表明:基于沙峰调度的梯级水库联合排沙调度方式从定性分析来看有利于提高梯级水库出库沙量,但提高的幅度有限;基于汛期“蓄清排浑”动态使用的梯级水库联合排沙调度方式有利于提高梯级水库出库沙量,且提高的幅度相对较大。通过计算研究提出了基于沙峰调度和基于汛期“蓄清排浑”动态使用的溪洛渡、向家坝、三峡梯级水库联合排沙调度方案,研究成果可为溪洛渡、向家坝、三峡梯级水库汛期泥沙调度提供科技支撑。     

试验三峡水库生态调度,促进长江水沙科学管理

长江三峡水库具有库容大、调度灵活的特点,如何充分利用水库的工程优势,实现河流的径流泥沙优化控制,迫切需要早日开展科学研究和试验探索。根据长江河流的水沙特性和黄河小浪底水库调水调沙的实践,初步认为三峡水库梯级的生态调度试验目标应为四大方面,即保持河流洪水节律、维持上下游输沙平衡、促进库区水量交换和实现防洪补偿调节。由此建议利用三峡水库开展库区水位调控试验、库尾泥沙停淤试验、三峡水库排沙试验和荆江洪水补偿调节试验,通过这些试验解决原来工程设计中悬而未决的问题,完善三峡水库优化调度规则,实现三峡水库可持续运用的目标。     

2008年调水调沙小浪底水库异重流排沙分析

2008年汛前黄河调水调沙期间,在小浪底水库塑造异重流的过程中,小浪底水库排沙比高达89%.异重流排沙过程的特点是出库含沙量大、历时长,而且出现了两个沙峰.初步分析认为,这些特点与三门峡水库泄流过程、小浪底水库初始边界条件及其调整过程、小浪底水库闸门调度等因素有关.     

三峡水库排沙比对来水来沙的响应

排沙比是水库拦截泥沙程度的指标之一。排沙比越大,水库淤积强度就越小;反之亦然。以三峡水库2004-2012年库区各水文站的实测资料为依据,通过对三峡水库运行以来水库排沙比及其影响因素的分析,发现坝前水位和入库、出库流量是影响水库排沙比大小的主要因素,其次是入库沙量和泥沙颗粒大小。进一步分析得出排沙比对月均库水位变化的敏感度随月均入库流量的增加而迅速增加,当月均入库流量小于15 000 m3/s时,月均库水位变化对排沙比几乎没有影响。当月均入库流量大于20 000 m3/s时,水库排沙比的变化幅度随月均库水位的变化较大,当月均库水位从138 m增加到155 m时,其排沙比约从62%降低至不到10%。为了提高水库排沙比,在水库调度上建议采用"大水低位、小水高位"的运行方式。     

长江上游三峡水库入库泥沙沙峰传播时间研究

为进一步掌握长江上游三峡水库入库泥沙沙峰传播规律、提高入库泥沙沙峰预报精度,制定更加科学合理的三峡水库沙峰调度方案,基于三峡水库蓄水以来长江上游主要控制性水文站水沙实测资料,分析了长江上游水沙组成,并对长江上游各主要控制性水文站沙峰传播时间进行了研究。结果表明:2003年以来,长江上游来沙明显减少,向家坝站、横江站、高场站及富顺站沙峰到朱沱站的平均传播时间分别为38.7,32.0,30.9 h和20.8 h,武胜站、罗渡溪站和小河坝站沙峰到北碚站平均传播时间分别为16.9,19.0,20.0 h,朱沱站、北碚站到寸滩站分别为20.8,7.7 h;当向家坝至朱沱河段流量小于10 000 m~3/s时,沙峰传播时间为48.0 h,当流量为10 000～20 000 m~3/s时,河段沙峰传播时间为32.7～46.3 h,当流量为20 000～30 000 m~3/s时,河段沙峰传播时间为27.0～32.7 h,当流量大于30 000 m~3/s时,河段沙峰传播时间少于27.0 h。     

长江上游高洪水期泥沙输移特性

长江上游高洪水期(汛期)泥沙输移特性是决定三峡库区泥沙淤积的关键因素,直接关乎三峡水库使用寿命及综合效益的发挥。借助干、支流长系列水沙资料,分析了长江三峡水库入库寸滩站高洪水期泥沙输移特性,结果表明:近40 a来,寸滩站场次洪水中7 d洪量未出现趋势性变化,而7 d沙量显著减少,高洪水期输沙经历了“涨水输沙占优—涨、落水基本持平—落水输沙占优”的变化过程。2013年以前,寸滩站高洪水期径流及泥沙均主要来自于金沙江,而向家坝、溪洛渡水电站陆续投运后,2013—2019年寸滩站洪水场次(洪峰流量30 000 m³/s以上)共计14场。从径流来源来看,仅4场主要来自于金沙江,其余9场主要来自于嘉陵江,1场来自岷江;从泥沙来源来看,9场主要来自于嘉陵江,其余5场分别来自于沱江、岷江、横江,金沙江已不是寸滩站高洪水期过程中泥沙的主要来源区。研究成果可为三峡水库沙峰排沙调度、库尾减淤调度提供理论支撑,为长江泥沙治理提供保障。     

三峡水库蓄水以来进出库水沙特性分析

三峡水库于2003年6月1日开始蓄水,开始发挥防洪、发电、航运等综合效益.根据水文泥沙观测资料,对三峡水库进出库水沙特性进行了较为系统的分析.结果表明,1991～2005年与1990年前相比,长江上游水量变化不大,但输沙量减少明显,长江寸滩站和嘉陵江北碚站年均输沙量减少约32%和75%;与多年均值相比,2003～2005年三峡水库入库沙量减少43%～63%,三峡库区淤积泥沙3.77亿t,水库排沙比为40%;受三峡水库拦沙作用影响,坝下游输沙量减少幅度较大,含沙量明显变小,悬沙颗粒有所变粗.     

三峡工程泥沙问题研究60年回顾

对60 a来三峡工程泥沙问题研究的历程、主要研究结论作了简要综述。三峡水库初期蓄水运用以来的泥沙实测资料与预测对比分析表明:三峡水库上游来沙减少的趋势与初步设计阶段预测基本一致,但减少的进程有所提前;三峡水库泥沙淤积量远小于预测值;坝下游河床冲刷量与预测值基本一致,河床冲刷范围则大于预测;坝下游河床冲刷对防洪与航运的影响与预测基本一致;三峡工程泥沙问题总体上未超出论证与初步设计阶段的预测。在此基础上提出三峡工程正常运行期泥沙问题研究的建议,其中关于排沙调度方面,应按控制水库防洪库容年损失率小于1 000万m~3/a,以及变动回水区上、中段无累积性泥沙淤积的要求制定排沙调度方案,以长期发挥三峡工程的综合效益。     

黄河三盛公枢纽错峰排沙的利与弊

通过对三盛公水利枢纽进库站 ,历年含沙量大于 2 0 kg/ m3的沙峰资料分析得知 ,沙峰滞后于洪峰 ,泥沙淤积在库区主槽 ,淤沙可以在沙峰过后 ,通过壅水明流输沙、敞泄期的朔源冲刷和沿程冲刷排出库外。另外 ,沙峰绝大部分是细泥 ,经过库区沉沙后进入灌区的历次沙峰 ,对总干渠、干渠、支渠均不产生淤积 ,以灌溉为主的三盛公水利枢纽 ,在农作物需水期进行错峰排沙的调度方式 ,弊多利少     

达克曲克水电站水沙调度方式探索与实践

为了解决达克曲克水电站汛期由于泥沙大量淤积造成的导流兼泄洪排沙洞洞前大量淤沙、水工设施冲磨等问题,消除对下游农业灌溉的影响,保障水电站安全经济运行,借鉴小浪底和三峡水库"蓄清排浑"的运行方式的经验,从实际出发,结合达克曲克水电站泥沙严重淤积的特性,对水沙调度方式进行了积极的探索和实践,汛期采取了蓄水排沙和连续排沙相结合的水沙调度方式,取得了一定的成果,为同类水库水沙调度提供了借鉴和参考。     

2020年三峡水库泥沙淤积特点及原因分析

2020年汛期,长江上游暴雨洪水频发,三峡水库入库沙量显著增大,年入库沙量达到了1.94亿t。在系统分析长江上游水沙变化特性的基础上,总结提炼了2020年三峡库区泥沙淤积出现的新特点,主要是库区泥沙淤积量较往年明显偏大,同时库尾河段和防洪库容内泥沙淤积明显。铜锣峡以上河段由以往的冲刷变为淤积353万m3,淤积量占三峡库区总淤积量的3%;防洪库容内淤积泥沙2 440万m3,为三峡水库175 m试验性蓄水以来最大值,此外坝前河段淤积强度显著增大。分析原因后认为主要是8月上游嘉陵江、岷江等支流暴雨产沙导致入库沙量偏多与水库拦洪导致坝前水位偏高所致。相关结论可为三峡水库科学调度提供更有力的技术支撑。     

2017年汛期三峡水库城陵矶防洪补偿调度影响分析

2017年6月下旬至7月初,长江中下游连续发生两次强降雨过程,7月1日长江形成2017年第1号洪水,长江中下游干流莲花塘以下江段及洞庭湖、鄱阳湖水位全线超警,发生了中游型大洪水。为减轻长江中下游防洪压力,避免莲花塘站超保证水位,7月1～3日,对三峡水库进行了城陵矶防洪补偿调度,将出库流量由27 300 m3/s减至8 000 m3/s。对2017年汛期三峡水库对城陵矶进行防洪补偿调度后,水库泥沙淤积、荆江三口分流、坝下游河道冲淤与崩岸以及长江中下游洲滩淹没等影响进行了分析。结果表明,调度实施后,显著减轻了洞庭湖区及长江中下游干流的防洪压力,有力保障了长江中下游的防洪安全。研究成果可为三峡水库制定科学调度方案、进一步发挥三峡工程综合效益提供支撑。