三峡水库典型暴雨过程径流泥沙来源组成变化分析北大核心CSCD

近年来,受上游干支流水库拦沙、降雨变化和水土保持等因素的影响,三峡入库泥沙锐减,支流来沙占比增大且局地暴雨集中输沙等新现象逐步显现。基于长时间序列资料,分析了近40年来10场典型暴雨过程中径流和泥沙的来源,分析结果表明,长江上游主降雨带常位于嘉陵江、岷江和沱江流域,暴雨洪水的主要产流产沙区与主要降雨区基本一致。典型暴雨期间三峡入库径流地区组成变化不大,主要来自于金沙江、岷江和嘉陵江。在溪洛渡和向家坝水库建成前,三峡入库泥沙以金沙江流域占比最大,在溪洛渡和向家坝水库蓄水运用后,在场次暴雨中金沙江向家坝站输沙总量的占比不足1%,岷江、沱江和嘉陵江的占比显著增大。     

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。     

长江三峡以上洪水组成分析

利用宜昌、寸滩、屏山、高场、富顺、北碚、武隆7站1951~2008年共58 a的洪水系列,并对宜昌站2003~2008年流量资料进行还原推算,详尽分析了三峡及三峡以上各主要干支流年最大洪水出现规律;三峡洪水汛期洪量组成以及年最大7,15,30,60 d洪量组成。结果表明:金沙江、嘉陵江和岷江来水是三峡洪水的基础,寸滩-宜昌站区间来水量对三峡洪水起到加帽、造峰作用,两者来水遭遇常形成高峰洪水。分析成果能够为三峡水库调度运行提供重要的技术依据。     

金沙江泥沙输移特性及人类活动影响分析

和工江三峡水库入库站寸滩的泥沙主要来源于长江上游金沙江和嘉陵江。其多年平均悬移质输沙量在５２．７％来自金沙江。     

金沙江梯级水库运用对下游河段输沙影响分析

金沙江梯级水库相继运用以来,上游的大量泥沙被拦截在水库内。为研究梯级水库运用后对水库下游河段泥沙输移的影响,对向家坝站、朱沱站及寸滩站多年的径流及输沙资料进行了计算分析。结果表明:金沙江梯级水库运用后,水库拦沙影响,水库下游河段至长江上游干流河道输沙量发生不同程度的减少;同时对长江上游的水沙特性有一定程度的改变,加剧了河段的冲刷。研究成果可为定量评价金沙江梯级水利工程建设对长江泥沙输移的影响提供参考。     

三峡水库不平衡泥沙输移规律

通过观测资料分析与数学模型模拟,研究了三峡水库在大水深强不平衡条件下非均匀沙输沙规律。研究说明,三峡工程蓄水运用后,洪水以重力波的形式传播作用明显,寸滩站至黄陵庙站的悬沙输移时间比洪水传播时间滞后较多,考虑洪水的非恒定过程使计算水库泥沙淤积有所增加。三峡水库细颗粒泥沙不仅淤积比大,且不同粒径对计算结果影响不大,如不考虑絮凝作用,难以用不平衡输沙理论解释。考虑絮凝作用后,模拟三峡水库出库含沙量过程与观测良好,从侧面说明三峡水库可能存在絮凝现象,此问题值得进一步深入研究。     

三峡水库来沙的地区组成变化分析

借助长系列水沙资料对长江三峡水库入库泥沙的地区组成进行分析,指出当前主要的来沙区域变化,并对其与水库建设之间的关系进行了讨论。分析表明:几十年来三峡水库入库泥沙在总量减少的同时,其地区组成也在不断地发生着变化。1990年以前各干支流来沙量大小排序为金沙江、嘉陵江、岷江、乌江、横江与沱江。2003-2012年期间,岷江与嘉陵江、横江与乌江来沙基本相同,金沙江与沱江分别为最大和最小。尤其值得注意的是,2013年以来金沙江来沙的大幅减少,从第一产沙区降为来沙最小区域,而向家坝至寸滩区间来沙有一定增加,占寸滩站输沙量的16. 2%,不容忽视。此外,沱江与横江输沙量亦均较2003-2012年期间有所增加,目前其年均输沙均超过了乌江。最后,统计了各水系大型水库建设发展过程和最下游一级控制性枢纽的情况,以此对影响各水系减沙过程与幅度的主要因素进行分析。     

长江上游寸滩站2010年“7.19”洪水预报分析

2010年7月长江上游控制站寸滩站出现1987年以来的最大洪水,洪峰流量达64 900 m3/s,是长江三峡水库建成以来的最大洪水。寸滩水文站是三峡水库的入库站,其洪水预报的时效性和精度直接影响三峡水库调度运用,长江中下游及重庆市的防汛。影响寸滩水文站洪水水位流量预报的因素较多,既受上游各干支流大江河来水组成的影响,也受下游三峡水库回水顶托的影响。在认真分析影响寸滩站洪水流量的各种因素,及时掌握水雨情资料的条件下,2010年寸滩洪水预报取得了较满意的成果。对2010年寸滩的洪水预报进行分析,为以后的洪水预报积累经验,以便更好地服务于长江防汛和三峡水库调度。     

长江重庆主城区河段卵石推移质走沙条件研究

三峡水库175 m试验性蓄水后,长江重庆主城区河段泥沙输移发生显著改变。研究重庆主城区河段泥沙输移规律,弄清泥沙输移与三峡水库调度之间的联系,对于优化水库调度,减轻库区淤积具有重要意义。依据寸滩站长系列年卵石推移质原型观测资料,结合二维数学模型和卵石推移质起动公式,分析了重庆主城区河段卵石推移质输移特性变化及走沙条件。结果表明:三峡水库蓄水以来,重庆主城区河段卵石推移质输移量显著减少,卵石颗粒细化,走沙时间也大幅缩短;研究河段内卵石推移质起动的临界条件是三峡水库坝前水位低于157 m,上游来流量大于6 800 m~3/s,并用2016年实测资料加以验证,验证结果较好。研究表明通过三峡水库调度可以加大重庆主城区河段的泥沙输移强度,减轻该河段内的泥沙淤积。     

黄河下游河道洪水期输沙规律研究

利用1960—2010年黄河下游304场次洪水实测水沙资料,以小浪底站为黄河下游河道进口控制站,以花园口、高村、艾山和利津4站为节点将黄河下游划分为4个河段,系统地研究了黄河下游洪水期河道水沙输移规律,分析了花园口、高村、艾山和利津4站输沙率与各自上站流量、含沙量和输沙率的关系。结果表明:黄河下游河道的下站输沙率与上站输沙率有很好的相关关系。在此基础上,进一步对小浪底场次洪水来沙系数进行分级,得到了分级来沙系数的下站输沙率与上站输沙率的相关关系。采用建立的下站输沙率与上站输沙率关系式计算得到的黄河下游各河段冲淤量和冲淤过程与实测资料符合很好,具有较高的精确度。利用建立的关系式可以方便地预测未来黄河下游河道洪水期不同河段冲淤量,快速判断场次洪水对黄河下游河道冲淤的影响。     

“20·8”洪水金沙江流域水库群调度对川渝河段的防洪作用

2020年8月,受长江上游强降雨影响,岷江、沱江、涪江发生了大洪水或特大洪水。在长江上游水库群全力拦洪、削峰、错峰调度后,长江上游干流朱沱至寸滩江段仍出现超保证洪水,给川渝河段带来巨大的防洪压力。重点从暴雨洪水概况、金沙江水库群调度过程、还原计算等方面对“20·8”洪水展开深入研究,量化分析金沙江水库群调度对川渝河段的防洪作用。研究结果表明:金沙江水库群在长江4号、5号洪水期间共拦蓄洪量47.37亿m³,占寸滩以上水库群总拦蓄量的57.7%,成功实现与嘉岷流域的洪水错峰调度,削减了川渝河段洪峰流量9 400~11 700 m³/s,降低川渝河段洪峰水位2.6~2.8 m,避免了上游干流全线超保证水位,降低寸滩站洪峰水位约2.6 m,占其洪峰水位总削减值近9成,有效减轻了防洪压力。     

长江上游干支流洪水组成与遭遇研究

通过对长江上游洪水组成及遭遇规律的研究,可为长江中游干流控制性枢纽制定调度方案提供理论基础。根据各代表站实测资料(包括年最大洪水及发生时间),考虑洪水传播时间,逐年分析金沙江与岷江、长江与嘉陵江、长江与乌江的洪水遭遇可能性,然后分析遭遇概率的高低和遭遇洪水量级。研究成果表明,长江与岷江、嘉陵江洪水遭遇概率较高,除个别年份外,一般遭遇洪水量级较小;长江与乌江洪水遭遇概率较低,且遭遇洪水一般为中小洪水;长江上游干支流同时发生较大洪水遭遇的机率很小。     

上游来水来沙变化及对重庆河段泥沙淤积的影响

三峡水库按175 m方案正常蓄水运行后,处于回水变动区的重庆河段将具有水库和天然河道的双重特性,随着水库运行时间的增长,该河段将呈现累积性泥沙淤积趋势.根据长江寸滩站和嘉陵江北碚站长系列水文观测资料分析,近年来三峡入库泥沙明显减少,而随着金沙江和嘉陵江上游梯级开发的逐步实施,上游大型水库拦沙效益将逐步显现,重庆河段的来沙量将进一步减少,可有效减缓重庆河段泥沙淤积速率,减少淤积总量和边滩淤积,增加三峡水库的兴利库容利用率,有利于重庆河段岸线及水资源综合利用.     

雅砻江与川江洪水地区组成及遭遇规律分析

为合理运用雅砻江及金沙江中下游梯级水库群防洪库容,减轻防护对象防洪压力,采用雅砻江控制站小得石站、川江河段代表站李庄站、寸滩站1959~2016年实测资料,分析了雅砻江与川江洪水地区组成及遭遇规律。研究结果表明:小得石站、李庄站、寸滩站年最大洪峰一般出现在6~10月,其中7~9月出现几率达到95%;当李庄站、寸滩站发生年最大3,7,15 d洪水时,小得石站相应出现大洪水的概率随历时增加而变大;川江李庄站洪水组成中,小得石站、攀枝花站两站洪量占李庄的比重相当且随洪水历时增长而变大;川江寸滩站洪水组成中,雅砻江小得石站洪水比重接近面积比,金沙江屏山站洪水比重小于面积比。     

"长治"工程对三峡入库泥沙特性变化影响研究

阐述了三峡水库以上流域的水土流失状况和影响入库沙量的主要因素。以长江干流及支流主要控制站的径流泥沙资料为基础，分析了自1989年实施“长治”工程以来入库水沙特性的变化，并对“长治”工程的效益进行了初步评价，得到寸滩、宜昌站径流泥沙来量减少、主要测站来沙量分配发生变化，主要是嘉陵江来水及来沙量减少的基本认识。同时探讨了减少三峡水库入库沙量的对策措施。     

2016年长江第1号洪水预报及调度影响分析

通过分析2016长江第1号洪水的水雨情发展、洪水组成、水情预报、调度还原计算成果等,解析了该场洪水的暴雨洪水特性、预报对调度的支撑作用以及三峡水库调度对城陵矶河段水位的影响。分析表明：金沙江、乌江来水对第1号洪水起筑底作用,三峡区间洪水则为该场洪水造峰,三者最大1d洪量占三峡入库来水比率分别达26.1%,15.6%,38.1%;第1号洪水期间,水情预报为调度决策提供了长预见期、较高精度的前提支撑,78,54,30,6 h预见期的三峡入库洪峰预报误差分别仅为-20.0%,-10.0%,-4.0%,0;三峡水库在第1号洪水期间通过防洪调度将入库洪峰流量削峰38%,最大拦蓄洪量约29亿m3,削减莲花塘站洪峰水位0.39 m左右,避免了城陵矶河段出现超保证水位。     

长江上游流域暴雨洪水相似性判别指标研究

暴雨洪水发生演化的各个阶段之间存在一定的关联性和规律性。以长江上游流域为研究对象,将暴雨洪水指标分为降雨、洪水、时间、雨洪关系、水库、形状和初始指标7大类,共67个指标。通过整理暴雨历史洪水资料,摘录暴雨洪水过程和计算暴雨洪水特征值,结合洪量相似度、洪峰相似度、形状相似度和灰色关联度4种相似性评价方法,优选出降水量、降水历时、起涨流量和洪水涨率4个指标作为相似洪水判别指标。以113场三峡入库洪水为样本进行相似性检验,基于几场典型洪水特征值寻找的历史相似洪水之间的相似度较高,确定性系数都达到了0.9以上。结果表明,降水量、降水历时、起涨流量和洪水涨率4个指标作为相似洪水判别指标,对指导实时洪水预报具有较高的参考价值。研究成果在三峡水库以上长江上游流域进行了试验应用,在寻找历史相似洪水方面具有较好的效果。     

基于粒径和 137Cs的三峡水库消落带泥沙来源示踪研究

为分析三峡水库消落带泥沙输移与沉积规律,采用原位观测方法,沿库岸H=148 m高程带选择15个采样点,并甄选出3个典型断面采集沉积泥沙样品,利用激光粒度仪和γ能谱仪分别测试样品的粒径与 ¹³⁷Cs活度,分析二者在水平和高程2个维度的变化特征,探讨消落带沉积泥沙来源。结果表明①三峡水库消落带沉积物的中值粒径(D₅₀)沿水流方向逐渐降低,并在忠县任家镇及其下游河段基本保持稳定,而 ¹³⁷Cs活度沿水流方向逐渐增大,但在任家镇及其下游河段仍有波动。②消落带邻江区域沉积物的粒径最粗、 ¹³⁷Cs活度最低,除这一区域外,沉积物粒径沿高程的变化取决于消落带上方坡面的土壤侵蚀状况,若上方存在侵蚀,沉积物粒径随高程的增加而增大,若上方微弱侵蚀或无侵蚀,则沉积物粒径随高程的增加而降低,但 ¹³⁷Cs活度不受上方土壤侵蚀状况影响,均表现为随高度增加先降后升的变化趋势。③粗颗粒与细颗粒沉积物具有不同的来源特征,变动回水区的粗颗粒也主要源于金沙江和嘉陵江,乌江入库的粗颗粒主要沉积在涪陵至忠县任家镇河段,任家镇下游的粗颗粒主要源于库区内侵蚀产沙;变动回水区的细颗粒主要源于金沙江和嘉陵江,常年库区的细颗粒泥沙来源较多,金沙江、嘉陵江、乌江和库区内侵蚀产沙均存在明显贡献,而库水位涨落过程中的波浪侵蚀对沉积物存在再分配作用,它能使表层沉积物重新进入水体,并在较低的位置实现二次沉积。