卡洛特水电站工程水文设计与实践

卡洛特水电站是"中巴经济走廊"首个水电投资项目,位于巴基斯坦境内吉拉姆河流域。在该电站的工程水文设计过程中,除了收集流域内水文站长系列观测资料外,还结合项目实际需求,开展了大量的水文外业工作,在工程河段设置了专用水文(位)站观测水位、流量,开展了水下地形测量,实施了泥沙取样和实验室分析等,为工程水文设计提供了可靠的基础信息。调查表明:卡洛特坝址多年平均流量819 m~3/s,径流量258.3亿m~3,5 000 a一遇校核洪水29 600 m~3/s,多年平均输沙量3 812万t。一系列水文成果为工程规模、工程布置、机电选型等专业设计提供了有效的设计输入,也可为巴基斯坦境内河流规划、水电开发等工作提供技术参考。     

对雨洪资源利用的再认识

雨水和洪水是宝贵的自然资源,雨洪资源利用是具有悠久历史的重要水资源开发利用方式。近年来雨洪资源利用的实用性技术获得了蓬勃发展,但对其基本概念尚存在明显的认识误区,相关概念和术语的不规范使用给研究和实践带来了混乱。鉴于此,从有关历史和现实情况出发,根据水文学基本理论,对雨洪资源利用进行了再认识,明确了雨水、洪水的自然资源和水资源属性,阐明了雨水资源利用和洪水资源利用的基本内涵和定义,辨析了雨水资源利用和洪水资源利用之间的关系,并澄清了“雨水资源化”“洪水资源化”等术语的规范性。对雨洪资源的思考和认识有助于夯实雨洪资源安全高效利用的理论基础,为科学开展雨洪资源利用评价、规划和技术创新及应用创造了条件。     

长江中游沙市水文站水位流量关系分析

为了研究三峡水库调度引起的荆江河段河道冲刷，以及松滋口、太平口、藕池口三口分流分沙条件变化对沙市水文站水位流量关系的影响，利用校正因素法和落差法分别对沙市水文站受到的洪水涨落影响和下游回水顶托影响等因素进行改正，分析了沙市水文站不同流量级下的水位降低情况，复核了三峡水库建库后沙市水文站的水位流量关系曲线。结果表明：当莲花塘水位在28 m以下时，在6 000～10 000 m³/s的过水流量条件下，与20世纪90年代水位流量关系线成果相比，2003～2021年沙市水文站水位降低了2.32～3.59 m;莲花塘水位越低，断面过水流量越小，沙市水文站水位降低越多；高水部分总体无趋势性变化。     

太湖流域降水不均匀性研究

基于1951—2011年逐日降水数据,采用信息熵分配紊乱指数、基尼系数和变差系数3种不均匀性指标,分析旬、月时间尺度上太湖流域及各分区降水分布的不均匀性。比较3种不均匀性指数的差异,并探讨指数与流域洪涝灾害的相关关系;同时采用基于预置白处理的Mann-Kendall方法和Hurst系数,诊断降水不均匀性指数的变化趋势及持续性,分析对流域旱涝灾害情势的可能影响。结果表明:3种不均匀性指数间的差异较小;当年或汛期降水总量和不均匀性指数值均较大时,太湖流域较容易遭遇洪涝灾害,而在降水总量较小且不均匀性指数值较大时,则容易遭遇干旱灾害。在月时间尺度上,太湖流域汛期降水的不均匀性将持续增加,降水分布具有更为集中的态势,发生洪涝灾害的风险将有所增加。因此,有必要继续分析降水在空间上的不均匀性,以揭示降水在空间尺度上的分布差异,继而为流域防灾减灾提供技术支持。     

三峡工程运行前后长江中游河段水质变化模拟

三峡工程运行后在枯水期增加了下泄流量,提高了长江中下游河段枯水期沿程水位与平均流量,改变了中下游河段污染物排放的水动力扩散特性,进而对河道的水质产生了一定的影响。以三峡工程运行前后武汉河段汉口站水位和流量变化为例,分析其在枯水期、汛期和蓄水期3个典型时段的水文情势变化特征,采用数值模拟方法研究河道排污口附近主要污染物指标(COD和NH3-N)的扩散特性和响应变化规律,并进一步总结分析水位和流量变化对长江中下游沿江城市排污口附近水质特征变化的影响。结果表明:三峡工程运行后,由于流量年内分布趋于均匀化,各个不同时期的污染物扩散范围总体呈现减小趋势。     

三峡水库运行后长江汉阳段污染物扩散规律研究

三峡水库及上游梯级水库的运行改变了长江中下游水文情势和水生态环境条件,使河流的纳污能力发生变化。以长江中游武汉河段的汉阳饮用水源、工业用水区为研究对象,采用河流二维水质模型和平面二维水动力水质模型对水功能区COD和NH_3-N等污染物的纳污能力、扩散规律进行了模拟研究。研究结果表明:枯季水文条件和水功能区横向分布宽度对水域纳污能力影响较大,三峡水库运行后研究河段岸边横向50m宽度内的COD和NH_3-N的纳污能力为17 850,1 233 t/a,纳污能力有所增加;三峡水库运行后枯季污染物扩散范围有所减小。研究结果可为河段排污总量控制、排污口设置管理和水环境保护提供科学依据。     

基于水下自走式监测系统的数据分析与应用

应用德国弗劳恩霍夫系统应用中心研制的多功能水下自走式监测与分析系统,以湖州市对河口水库、日照市青峰岭水库、南京市金牛山水库、秦淮河为试点,对上述水库及河流的多参数水质(溶解氧、电导率、铵盐含量、硝酸盐含量、温度)进行监测。基于所测数据,采用水下三维地形图、水质参数等值线图、分层切片图、纵向剖面图、水质参数散点图等方法,对上述水质参数在水体中的分布规律进行分析,对水下三维地形进行解释,对不同水质参数之间的相关关系进行一定探索。研究表明:在水库表面,溶解氧含量分布在空间上存在一定差异;硝酸盐含量分布在不同深度水体中差别很小,但在靠近底部时发生明显变化,与库底淤泥影响有关;随着水深的增加,水温逐渐降低;水面电导率值和硝酸盐、铵盐含量有一定的正相关关系,溶解氧和温度存在一定的负相关关系。应用结果表明:所测数据可快速生成水下地形及水质三维结构图,能较好地反应试点区域水情、水质的主体分布。     

堰塞湖逐渐溃决洪水模拟及溃口变化影响分析

堰塞湖溃决一般为逐渐溃方式,溃决洪水与溃口变化关系密切。基于MIKE11水动力学模型和谢任之逐渐溃经验公式,开展了雅鲁藏布江堰塞湖典型溃坝方案下的溃坝洪水复演工作。在此基础上,针对溃口演变形式及演变历时差异,探讨其对溃坝洪水的影响。研究表明:MIKE11模型及谢任之经验公式模拟结果相近,假定的2/3溃坝方案成果可作为溃坝洪水计算的安全阈值;溃口演变形式及历时均对溃坝洪水有一定影响,溃口线性变化下形成的洪峰较非线性变化增加约15.3%～19.5%;洪峰与溃口历时存在非线性关系,溃口历时越短,洪峰越大;溃口大小及演变历时受堰塞体土质影响较大。研究成果进一步加深了我们对堰塞湖溃坝洪水的认识,可为堰塞湖抗洪抢险决策提供技术参考。     

2016年7月长江区域性洪水重现期分析

受超强厄尔尼诺事件影响,2016年6～7月西太平洋副热带高压偏强偏西,导致长江梅雨期降雨异常偏多、暴雨频发,中下游地区发生了3场区域性大洪水。通过干支流控制性水文站和水利工程的观测资料,还原出天然来水量过程,统计了洪峰流量和不同时段洪量,结合现有历史洪水资料和工程设计成果,分析了2016年洪水特征和重现期。分析结果表明,宜昌以下干流河段均出现超警戒水位,洪水重现期在5～10 a之间;清江、资水、水阳江、鄂东北诸支流等发生特大洪水,水位、流量超过历史最高纪录,重现期为100～200 a一遇;修水、饶河等发生一般洪水,重现期在20 a一遇以下。     

龙江水电站动态出力系数计算及其合理性分析

水能计算是水电站运行调度与管理的核心,尤其是在水电站实际优化调度中,为寻求最合理的调度运行方案,水能计算要求更加准确。针对目前水能计算通常采用直接计算方法偏差很大且往往导致不合理决策的问题,以出力系数由定值转化为受调度决策变量影响的动态值为目标,在分析出力系数影响因素的基础上,根据水电站历史运行资料建立模型函数以模拟水电站单机出力系数,进而给出水电站综合出力系数的计算方法,并以龙江水电站为例进行了运算,结果表明该方法计算的出力系数趋势稳定,性能可靠,精度较高。