螺山站水位变化特征及其影响因素贡献率分析

为分析螺山站水位变化特征及其影响因素贡献率,采用回归分析、Mann-kendall检验等方法分析螺山站1954~2013年的水位、流量变化规律。结果表明,螺山站水位于1954~1964、2003~2013年呈减小趋势,1965~2002年呈增加趋势,且分别于1977~1979、2004年发生突变。1981~2002年较1967~1980年,1~3月份流量的改变对螺山站水位变化的贡献率分别为38.7%、33.5%、55.2%,河床冲淤及顶托作用的贡献率分别为61.3%、66.5%、44.8%。下荆江裁弯使得螺山站的水位抬升了1.98m,葛洲坝和三峡水库的运行使其水位分别下降了0.92、0.26m。下荆江裁弯、葛洲坝和三峡水库的运行对螺山站水位变化的贡献率分别为63.6%、28.1%、55.4%。研究成果可为长江中下游河道的防洪预报与调度提供参考。     

三峡水库运行初期长江城陵矶水沙变化规律分析

分析了三峡水库蓄水前后50年长江城陵矶-汉口河段年径流量、水沙含量的变化规律,指出三峡水库蓄水以来长江城陵矶汉口段处于微冲状态.分析结果表明,同流量条件下水位降幅较小,三峡水库调蓄作用导致汛后10、11月城陵矶水位下降,但出流流量基本变化不大;12月～次年3、5月城陵矶站月均水位无明显变化,4、6月有减小趋势.     

三峡水库蓄水后荆江三口分流变化及原因

三峡水库蓄水后荆江径流量比蓄水前减小,且受水库影响径流过程也发生变化,对三口分流产生影响。为此,分析了三峡水库蓄水后荆江三口分流变化及其影响因素,发现蓄水后枝城站同流量下三口分流比与蓄水前相比变化不大;而三口年均分流量小于蓄水前,这是由荆江径流量减少及径流过程变化所造成。同时,定量分析了三峡水库不同运行阶段径流变化对三口分流的影响,结果显示,三峡水库初期蓄水阶段水库调蓄对三口影响较小,高水位运行阶段则影响较大;蓄水后荆江三口年均分流量减小,即干流径流量连续枯水年是主要影响因素,三峡水库调蓄作用是次要影响因素。     

水利工程和降水波动对洞庭湖水沙过程的定量分析

为进一步分析洞庭湖水沙变化特征及主要影响因素,采用Mann-Kendall突变检测和滑动T检验方法,并结合洞庭湖水沙变化的阶段性特征,划分出基准期和变异期,通过双累积曲线法定量分析水利工程与降水波动对水沙变化的贡献率。结果表明,洞庭湖的水沙均呈减少趋势,水利工程是影响水沙变化的最主要因素;洞庭湖径流量在1977年发生突变,而输沙量在1980年发生突变;以1960~1966年为基准期,1967~1973、1974~1980、1981~2014年为变异期,对入湖年径流量变化影响,降水量贡献率分别为11.28%、6.83%、0.84%,水利工程贡献率分别为88.72%、93.17%、99.16%;而对入湖年输沙量变化影响,降水量贡献率分别为7.30%、12.49%、0.46%,水利工程贡献率分别为92.70%、87.51%、99.54%。四水流域与荆江三口流域的水利工程项目的运行均是入湖径流量变化的主要影响因素,荆江三口流域的水利工程运行是导致入湖输沙量变化的主要原因。     

溪洛渡、向家坝水库配合三峡水库对城陵矶防洪调度优化研究

长江流域发生流域性或中游区域性洪水时,城陵矶地区防洪形势严峻。为缓解防洪压力,提出了溪洛渡、向家坝水库配合三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位优化方法,并模拟计算了多个防洪补偿控制水位方案。考虑三峡水库对城陵矶地区按不超警戒水位、不超保证水位的两种防洪调度目标,提出了基于两种调度目标转换临界水位(调度目标转换水位)的防洪调度优化方法,通过调度模拟试验定量分析了不同调度目标转换水位对城陵矶地区防洪补偿调度的影响。结果表明,在不影响下游荆江河段防洪标准和不增加三峡库区淹没风险的前提下,三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位可由单库运用下的155 m提升至联合调度运用下的158 m;在上游溪洛渡、向家坝水库的配合下,调度目标转换水位可设置为150 m,从而减小中游地区应对中小洪水的防洪压力。     

各时段城陵矶水位变化特征及其成因分析

为进一步了解城陵矶水位的变化规律,采用线性回归法和原始资料观测法分析了城陵矶1955~2014年的水位流量变化规律及其成因。结果表明,年际间,城陵矶流量逐时段呈减小趋势,水位呈增加趋势,且流量变幅大于水位;年内,城陵矶水位逐时段出现了汛期5~10月流量大幅减小、水位小幅升高及枯季1~3月流量变幅小、水位显著升高的现象,前者主要是因为顶托作用加强和河床淤积共同造成,后者主要因河床淤积抬高水位所致;城陵矶极干旱年份(2006年)的水位较正常年份(2007年)出现了水位枯季不落、汛期不汛的现象,四水及区间汇流的增加是造成枯季不落的主要原因,而松滋、太平和藕池分流比的减小是引起8~9月城陵矶水位降低的主导因素。     

三峡水库蓄水后洞庭湖水文情势变化研究

为定量评估三峡水库蓄水后洞庭湖水文情势改变程度,选取洞庭湖出口控制水文站——城陵矶1959~2013年逐日水位数据,采用Mann-Kendall法、累积距平法检验及滑动T检验法分析了洞庭湖水系水文特征与变化趋势,并应用水文指标变动范围法(IHA-RVA)及水文改变度法综合评价了三峡水库蓄水后城陵矶水文站水文情势改变程度。结果表明,城陵矶站年均水位呈显著增长趋势,突变年份出现在2003年;城陵矶水文站整体水文改变度为56%,达到中度改变,其中基流指数受影响最大。     

松西河水沙特性变化及冲淤响应

松西河为松滋河西支,为荆江河段分泄江流的主要洪道之一,近年来,其分流分沙量居三口之首。选取长江干流及松西河60余年实测水文资料,分析了人类活动影响前后松西河径流量、输沙量、水沙相关关系及分流分沙特性变化。结果表明,下荆江裁弯取直、葛洲坝修建、三峡水库蓄水运用等人类活动为松西河水沙特性变化的主要影响因素,其中,三峡工程的影响最为显著,三峡蓄水运用后松西河水沙特性变化与干流一致;随着三口分流分沙特性变化,松西河水沙特性已发生明显变化;三峡蓄水后松西河呈冲刷态势。     

三峡水库运行初期库区糙率特性分析

为得到三峡水库实际运行后库区泥沙的淤积糙率,基于三峡水库运行10余年库区实测淤积资料、日均来流量与水位序列,采用一维水流模型推算了三峡水库正常蓄水运行以来库区沿程的综合糙率。结果表明,常年回水区峡谷段淤积较少,糙率随流量、运行时间变化较小,糙率相对较大;常年回水区宽谷段泥沙在主槽落淤后床面阻力减小,糙率逐年降低;常年回水区弯曲分汊段泥沙淤积严重,糙率逐年减小;变动回水段天然河道特性起控制作用,糙率相对稳定。同一洪水流量情况下,随运行时间推移和淤积发展,糙率总体减小。常年回水区糙率的降低值明显大于变动回水区糙率的降低值。三峡水库淤积过渡期糙率与河道部位、断面形态、河道形态等参数均存在一定关系。研究成果为三峡水库淤积与糙率的关系研究奠定了基础。     

水库水沙多目标联合优化调度研究

针对水库运行中蓄水与排沙的矛盾,兼顾水库防洪、发电、航运及长期利用的综合运用目标,利用多目标决策方法建立了水库水沙多目标联合优化调度模型,即汛期采用分级流量原则控制水位运行,制定分级流量与对应的运行水位,通过水库发电调度与泥沙冲淤计算的耦合,计算在约束条件下水库的发电量、泥沙淤积量及长期综合效益。将该模型应用于三峡水库综合运行研究中,汛期按分级流量原则控制水位运行50年。计算结果表明,与原设计水位运行方式相比,汛期分级流量运行的综合效益增加6.324%、发电量增加5559%、泥沙淤积量仅增加0.148%,可见水沙联合调度的汛期分级流量运行方式能充分发挥三峡水库的综合效益。     

三峡水库的调蓄作用对荆江三口分流的影响

根据2003～2008年的实测资料分析了影响荆江三口分流因素的变化,利用1990～2000年天然径流量过程,基于2002年地形分别计算了调蓄前后荆江三口分流量的变化,获得了三峡水库调蓄作用对荆江三口分流的影响,2008年地形条件下的计算结果表明,荆江三口分流略有增加;这是近期荆江三口分流变化不大的主要原因.     

大型水库对其下游河流径流年际变化及年内分配的影响

基于鄂毕河干流科尔帕舍沃站及其支流额尔齐斯河上的鄂木斯克站逐月流量资料,采用启发式分割算法分析了新西伯利亚水电站对鄂毕河、布赫塔尔马水电站对额尔齐斯河下游流量序列的影响,找出序列的突变点,以此为分界点分别采用累积频率法和方差分析法分析了突变点前后流量序列的年际变化情况,并根据年内不均匀系数和集中度分析了突变点前后两站的年内分配变化情况。结果表明,鄂木斯克站流量序列在1960年发生突变,突变点前流量变幅较大,突变点后变幅明显减小,年内分配不均匀系数和集中度在突变点后显著减小;科尔帕舍沃站流量序列在1962年发生突变,突变点前后流量变幅无显著差异,年内分配不均匀系数和集中度在突变点后同样显著减小。可见在大型水库的运行调节下鄂毕河流域流量序列的年际和年内分配情况均受到了一定的影响。     

三峡水库正常运行期入库流量计算方案分析

总结了三峡水库正常运行期的坝前水位一般控制规律,阐述了三峡库区动库容对其入库流量计算的影响。根据三峡水库的调节性能和坝前水位控制规律,将水库的坝前蓄水状态分为3个等级,并分析了各蓄水等级下的入库流量最佳计算方案,有效解决了入库流量的锯齿跳变问题,符合实际。     

三峡水库运行后鄱阳湖水文情势变化特征

为揭示三峡水库运行后鄱阳湖水文情势的变化特征,选取月平均水位、极端水文条件、极端水文事件发生时间、脉冲频率及历时、水文条件变化情况作为水位指标,对比分析三峡水库运行前后水位指标的变化特征,采用t检验法判定水位指标变化是否显著,并通过比较水位指标变化的百分比绝对值分析变化剧烈的指标。结果表明,在三峡水库、降水变化等因素的综合影响下,鄱阳湖年平均水位及月平均水位、不同历时极端高水位与极端低水位均显著降低,10月落水率显著提高,枯期水位指标变化百分比绝对值总体上较大,鄱阳湖枯期水文情势变化较为显著。     

新调度规程下三峡工程防洪综合效益分析

三峡工程自2003年建库以来,通过科学调度,防洪调度水平不断优化,发挥了巨大的防洪作用。根据三峡水库多年实际调度经验及科研成果,2019年对三峡枢纽调度规程进行修编,防洪调度细则得到进一步优化。依据1881～2015年宜昌站还原流量数据,对比分析了新旧调度规程下三峡水库防洪、发电、航运效益。结果表明,根据新调度规程开展防洪调度,在不增加防洪风险的前提下,水库多年平均拦洪量增加16.36×10~8m~3,其中因中小洪水调度增加7.0×10~8m~3,因城陵矶防洪补偿调度增加9.36×10~8m~3;汛期时新调度规程较原调度规程多年平均发电量可提高1.24%,同时可增加35000m~3/s以下通航时长1.4d,提高了航运效益。     

三峡水库运行对长江中下游洪水情势的影响

为评估三峡水库调度对长江中下游洪水情势的影响,基于长江中下游最新河道实测资料,构建了宜昌至大通的一维水动力模型,分析了3种不同洪水类型下长江中下游洪水情势的变化。结果表明,三峡水库的运行发挥了巨大的防洪作用,大大减轻了荆江河段和长江中下游的防洪压力;三峡水库对干流各站年最大洪峰流量有一定的削减作用,在上游型大洪水年,宜昌站洪峰削减率在23.4%～30.9%;在中游型大洪水年,宜昌站洪峰削减率在19.2%～31.8%,螺山站的削减率在9.0%～14.1%;在一般洪水年份,三峡对下游各站的洪峰削减率低于大水年份,宜昌站削峰率在1.9%～23.3%;在不同典型洪水年,各站的时段洪量也有一定程度的削减,宜昌站30d洪量削减率在1.8%～19.7%。     

基于变动范围法的宜昌站水文情势影响分析

为分析长江上游水利工程建设后水库群的联合运行对中下游的径流及生态环境的影响,基于宜昌水文站1946~2013年的日流量资料,运用Mann-kendall法对历年日平均流量进行突变性分析,将水文资料划分为1946~1980、1981~2002、2003~2013年三个时段;并采用变动范围法研究了葛洲坝、三峡大坝运行后水库群对宜昌站生态水文指标的影响。结果表明,1981~2002年水库群对水文情势的影响程度较小;2003~2013年水文情势变化程度整体上属于中度改变,较大程度地影响了河流生态系统,需采取必要措施降低对生态系统的威胁。研究成果可为水资源管理和生态保护工作提供指导。     

洪水涨落影响下水位流量关系单值化新方法

针对受洪水涨落影响的水位流量关系,分析了水位和比降的变化与断面流量变化之间的关系.将洪水水位过程线简化为三角形的前提下,导出了稳定流的流量与受洪水涨落影响时同一水位下的两个流量之间的计算公式,并利用该公式对受洪水涨落影响的水位流量关系进行单值化处理.实例应用表明,新方法简洁、高效、精度高.     

汛限水位动态控制方法在三峡水库的应用

以三峡水库为例,针对汛期水库在单一汛限水位下运行导致洪水资源浪费问题,基于1882～2005年的汛期实测日流量资料,应用成因分析和统计分析法将汛期分为3期,分别推求分期的设计洪水,采用规范调洪演算方法和考虑年内洪水统计特性变化规律,确定了汛限水位动态控制变幅,提高了水库水资源的利用率.     

基于降水-流量关联与水力模型的暴雨洪涝灾害预警

为提高暴雨洪涝灾害预警工作的普适性与时效性,收集松花江流域2011～2015年逐日降水、流量和水位数据,结合前期影响雨量,构建了研究流域三种降雨情景下的降水-流量关系模型;并基于水动力演进法,得到流量-水位关系模型。在此基础上,分析松花江流域暴雨洪涝灾害危险性的空间变化,并结合影像实例对所提方法进行验证。结果表明,松花江流域降水-流量的平均相关系数为0.72,流量-水位关系模型的平均绝对误差为0.78m,模拟效果总体良好;随重现期的变化,河道危险等级有低等级向高等级转变趋势,河道断面评估预警的准确性为71.15%。研究实现了对暴雨洪涝灾害的危险程度的量化分析和快速预警评估。