汛期香溪河库湾倒灌异重流变化及其成因分析

针对干流对香溪河库湾长期存在的倒灌异重流现象,运用CE-QUAL-W2模型模拟2012—2014年香溪河分层异重流特性,结合汛期干流庙河站的水温及流量分析汛期香溪河分层异重流形式变化及其成因,并分析其水华风险。结果表明：2012—2014年汛期7月中旬到7月底或8月初均发现香溪河库湾倒灌形式由中上层倒灌转变为中下层倒灌,再恢复到中上层倒灌的演变现象。主要原因为干流流量增大改变了干流水温的变化趋势,导致干支流水体密度差发生变化,使支流库湾的倒灌形式发生演变;干流流量增大影响倒灌形式具有滞后性,干流水温降低或升高影响倒灌形式需要一定的持续时间;汛期香溪河倒灌形式的演变有利于降低香溪河库湾的水华风险。     

汛期水位波动对香溪河库湾热分层特性及水质的影响

本文以三峡水库典型支流——香溪河为研究对象,研究汛期水位波动对热分层特性及其对水质的影响。于2019年6月5日—8月30日对香溪河中游进行定点气象、垂向水温及水质监测,并同步获取香溪河上游及干流水文数据。结果表明：香溪河热分层时期日循环特征显著,垂向水温差异明显,混合层深度在0 ~ 19.37 m之间变化,水位与混合层深度呈显著负相关关系（P = -0.468**）。底层水温增长缓慢,且受上游低温来流影响显著。垂向对流作用及异重流侵入改变水层掺混强度,水体不存在稳定的温跃层,溶解氧饱和度在69% ~ 175%之间,垂向溶解氧差异明显,且与垂向叶绿素a浓度显著相关,表明浮游植物是影响溶解氧垂向差异的原因;水位波动过程对混合层深度的影响关键取决于是否改变倒灌异重流潜入方式,中上层倒灌有利于表层水温分层加剧,进而有利于水华爆发;利用水位波动（水库调度）抑制支流水华取决于水位波动过程是否能改变库湾水环流模式并有效增大混合层深度。本研究为有效利用水位波动（水库调度）改善三峡水库支流水质提供了新的认识。     

三峡水库汛期中小洪水调度对支流水华的影响

为研究三峡水库汛期中小洪水调度对典型支流水华的影响,以香溪河为例,选取2010—2019年水库调度过程中各环境因子参数进行分析.结果表明:汛期香溪河库湾水温适宜,光照、营养盐含量充足,利于藻类水华暴发,而利用洪水调度来防范支流水华仍是目前最直接有效的方法.三峡水库进行洪水调度时,改变了香溪河库湾的水动力和水环境条件,混...     

2011年汉江秋汛期两江交汇口超常淤积成因

汉江是长江中下游唯一直接入汇干流的大型支流,2011年9月汉江秋汛期间,汉江入汇口附近的长江汉口河段出现历史最大规模淤积,严重影响航运。本文通过三峡水库蓄水前后的实测水文地形资料对该现象成因进行探析。结果表明:汉江入汇口附近的超常淤积,固然与秋汛期支流来流量较大有关,但其更主要的原因是长江干流水位较历史同期严重偏低,两相组合之下导致了支流汇流比达到了近40年来的最大值,从而在汉江下游近河口段引起比降、流速增大以及剧烈河床冲刷,在汇流口附近的长江干流导致回流缓流区范围增大。该现象很可能与三峡水库汛后蓄水有关,未来时期该河段淤积频率、幅度将可能加大,其碍航效应值得重视。     

三峡水库夏季不同支流倒灌特性及其影响分析

为研究三峡库区夏季不同支流库湾倒灌特性及其对水温分层和营养盐分布的作用特性,以及其对水华的影响,于2017年7月对三条不同支流库湾（香溪河、大宁河、小江）的流速、水温、营养盐和叶绿素a等进行了监测。结果表明：夏季三峡库区干流水体主要以中层倒灌潜入支流库湾,均主要为温差异重流,且倒灌潜入深度与厚度主要与支流库湾河口水温分布有关。受干流倒灌的补给作用,三条支流中下游营养盐普遍呈现出“中层>底层>表层”的垂向分布规律,由于上游有磷矿产业,香溪河TP分布情况较其他支流不同,呈现上游至下游逐渐减小的趋势。干、支流间不同的温度差使支流间倒灌异重流的强度存在差异,倒灌异重流将影响支流的水温分层结构,导致支流库湾存在不同水华优势藻种及强度,进而对支流水华产生不同的影响。     

长江上游梯级水库联合调度泥沙数学模型研究

本文以自主研发并经过实测资料验证的三峡水库一维非恒定流水沙数学模型为基础,将溪洛渡及向家坝水库纳入整体计算范围,建立了包括溪洛渡、向家坝和三峡三个水库的长江上游梯级水库联合调度一维非恒定流水沙数学模型。本模型为一基于树状河网的全沙模型,可将溪洛渡水库库尾—三峡坝址的长江干流和部分主要支流作为一个整体进行泥沙冲淤同步联合计算,采用该模型对水库群联合运用条件下各水库泥沙冲淤变化及相互影响进行了研究,初步揭示了长江上游特大型梯级水库群泥沙淤积规律。     

黄河上游高含沙水流交汇区河床形态及冲淤变化规律

黄河上游交汇区为典型的高含沙水流交汇区,支流高含沙洪水往往引起剧烈的河床形态调整及冲淤变化。利用室内模型实验、野外观测资料,研究了支流高含沙洪水入汇干流后,交汇区变化过程及冲淤计算方法。研究表明,交汇区河床形态包括壅水区淤积沙坝、分离区沙洲、输水输沙主槽及分离区以下河段的沙洲等基本元素。进入交汇口上游壅水区的泥沙全部落淤,淤积量随高含沙洪水沙量的增加呈线性线增加;提出的交汇口以下河段的泥沙淤积模式,揭示了泥沙淤积的主要影响因素为支流高含沙洪水沙量、汇流比、恢复饱和系数等,支流高含沙洪水沙量的作用更为明显,该模式可以定量描述交汇口以下河段的泥沙淤积。支流高含沙洪水形成的淤积沙洲的冲刷,取决于干流洪水流量及持续时间。黄河上游交汇区的淤积沙洲,较优的冲刷流量为2000 m3/s左右,冲刷历时为10天左右。     

从历史看潼关高程变化

渭河在潼关流入黄河。历史上，潼关上、下河道受地质构造的控制，河槽沉降导致大量淤积。在三门峡建库前的一个短期内，由于水沙条件变化，潼关和渭河有较大的抬高。但渭河下游一直为地中河，说明迄今淤积还没有导致潼关高程长期大量抬高。小北干流的淤积和抬高与其河性有关，和潼关以下的黄河河道在河流动力学(河势及水沙条件等)方面有本质区别。根据小北干流长期淤积抬高而认为潼关高程也会同样淤积抬高、论据似嫌不足。三门峡水库建库后，潼关高程大量抬高主要是水库壅水的结果。所以降低三门峡水库的运行水位，可为潼关高程的降低创造必要的条件。     

北江干流中下游水沙特性变化及建库影响

定量研究水库的拦沙效应是揭示水库对河道泥沙输移影响的关键之一。在对北江干流中下游近60年水沙特性变化分析的基础上，运用干、支流主要控制水文站实测资料，估算梯级水库拦沙量；基于Brune拦沙率方法，提出北江干流梯级水库综合拦沙率修正式，研究水库拦沙对下游河道输沙量减少的影响。结果表明：（1）与1956—1999年相比，2000—2005年石角站年径流量仅减少6.16%，年输沙量则减少39.17%。其中，干支流水库拦沙合计约142.59万t/a，约占石角站减沙量的52.34%；水土流失工程措施减沙量约占18.83%；径流量减少引起的减沙量约占5.07%。（2）采用修正式计算，现状条件下（2012—2016年），干流梯级水库综合拦沙率约为12.81%，与实测值较为吻合。（3）2006年以来，库区泥沙淤积量与采砂量基本平衡，北江干流梯级枢纽水库拦沙率将在较长时间内维持现状水平。     

三峡水库首次蓄水对泥沙输移特性的影响

以2003年三峡库区及坝下游水文站水沙整编资料为基础,分析了水库上游来水来沙情况,并与2002年比较,讨论了不同阶段水库悬移质泥沙输移的不同特征。结果表明,在水库135m蓄水以前,库区河道微冲;蓄水期间排沙比最小,仅10%左右;两次蓄水过程后排沙比约15%左右;全年排沙比约30～40%,其中约85%左右的泥沙输移是在两次洪水过程中完成的,两次洪水过程排沙比近50%。来水来沙量大时,泥沙主要淤积在万县—大坝区间,来水来沙量小时,主要淤积在清溪场—万县区间。水库的输沙特性主要受库尾地形、水面比降、流量、含沙量等因素的影响。     

关于三峡工程对城陵矶附近防洪能力影响有关研究的讨论

本文根据长江城陵矶上下河道的历史冲淤情况，分析和讨论了有关单位对三峡工程建成后本段冲淤研究成果的合理性。特别讨论了城陵矶至汉口段的冲淤情况和三峡工程对长江中游防洪能力的影响。三峡蓄水拦沙后，荆江将发生较大冲刷，这是否导致城陵矶以下河道淤积是问题的关键。有关研究认为，本河段将会有较大冲刷，从而大量增加洞庭湖的防洪能力。但分析发现这些成果存在很多矛盾。根据其城陵矶以上大量冲刷的结果，城陵矶以下应该淤积。这对长江中游防洪形势将产生不利影响。本文主要提出了问题，望得到更多关注和研究，以利于科学规划长江中游的防洪建设。     

特约文章：三峡水库下游河床冲刷与水位变化

为探析三峡水库下游河床冲淤与水沙输移之间的关系以及河床冲淤对洪枯水位的影响,采用三峡水库运用前后长江中下游水文泥沙和河道地形资料,分析归纳了主要水文站水沙变化、沿程河道冲淤分布和洪枯水位变化特征。研究表明：冲刷集中于枯水河槽既与洪水频次减少、中等流量持续时间加长有关,也与中等流量下河道冲刷率大、洪水流量下河道冲刷率小的特点有关;主冲刷带自上而下推移,目前仍位于荆江河段;粗沙（d > 0.125 mm）的年均输移量至监利基本可恢复至蓄水前的多年均值,城陵矶以下长河段冲刷主要是细颗粒冲刷导致;河道冲刷导致中枯水位明显下降,并在城陵矶以上沙质河段呈现加速下降趋势,但当流量大于平滩流量附近的临界值时,高水位变化不大,初步预估这种变化特点将在较长时期内保持。     

孔兑入黄数值模拟及分析

本文利用平面二维水沙数学模型对十大孔兑之一的西柳沟入黄进行模拟并分析。结果表明:在流场方面,高含沙洪水入汇后,壅水区水位升高,流速先降低后升高,不同点的流速升高不同步;河床在支流入汇口处存在突降,形成高流速区,经高流速区后流速迅速降低,泥沙淤落;相较于低含沙水流入汇,高含沙水流入汇的回流区外形更狭长,水流结构更复杂;低含沙水流入汇来沙全部输向下游,高含沙水流入汇则会有部分泥沙向上游输送;在入汇口上下游,上沙坝的形成过程是从两岸向中间发展最终合拢并堵塞主河槽,下沙坝则同时淤升,左岸抬升较为均匀,右岸抬升先快后慢,沙坝最终沿右岸延伸;在实际当中,交汇区的流场及河床变形与洪水过程密切相关。     

三峡水库泥沙计算成果是可靠的——对"关于三峡水库泥沙计算可靠性的讨论"文章的回应和讨论

本文是对文献[1]“关于三峡水库泥沙计算可靠性的讨论”的回应和讨论。文中首先对非均匀沙挟沙能力关系进行了必要说明，指出挟沙能力系数的多值性，并从理论上论证了在长江水库中取K=0．03及长江河道中取K=0．017是有根据的，而且与经验值是符合的。针对文献[1]认为三峡水库挟沙能力系数做的工作太少，没有认真研究，本文引用了一系列成果以说明对挟沙能力及挟沙能力系数一直在不断深入研究，不仅论证了采用值是最优的，而且在理论上有不少进展和创新。其次，直率指出文献[1]在挟沙能力系数偏大的实际资料分析中含有误解和错误，不足以得到它的结论。同时列举了支持三峡水库和下游河道挟沙能力系数的几个重要成果；并指出决定水库淤积的是不平衡输沙时的含沙量，离开它专谈挟沙能力是不全面的。接着对丹江口水库验证成果及有关数据进行了说明和分析，指出文献[1]提出的一些讨论不符合实际，是不恰当的；而两个单位的验证成果，足够符合目前泥沙研究的精度。最后指出文献[1]的挟沙能力系数影响三峡水库淤积的分析结论明显地夸大了淤积，进而对文献[1]及其作者的自相矛盾的一些研究与作法提出了异议，并希望注意改进。     

三峡入库沙量变化趋势及上游建库影响

定量研究上游水库拦沙效应是揭示三峡入库水沙条件变化的关键之一.本文分析了长江上游12000多座水库拦沙对三峡水库来沙量减少的影响,并预测在建、拟建水库运行后三峡入库沙量变化趋势.结果表明,1991-2005年三峡上游水库群年均拦沙约18000万t,其中嘉陵江和金沙江流域水库群的年均拦沙量分别为6010万t和5000万t...     

三峡水库运行后洞庭湖水沙变化及影响因素

水库建设改变江湖关系,影响下游水沙情势,进而对流域状况、人类生活和社会发展产生影响。本文根据2003—2019年洞庭湖三口、四水及长江水沙数据,运用Mann-Kendall趋势检验、滑动平均值等方法分析洞庭湖水沙变化趋势,并用Mann-Kendall突变分析方法对有显著变化的站点进行突变分析。结果表明,2003—2019年,荆江三口各水文站年输沙量、弥陀寺站与康家岗站年径流量有显著变化且具有突变点,荆江三口其余各站年径流量及四水各站水沙无显著变化。其中弥陀寺年径流量和年输沙量变化的突变点分别位于2014年和2010年,其余存在显著变化的各站年输沙量突变点皆位于2008年前后。长江干流来水来沙是影响洞庭湖水沙的重要因素,受2008年三峡水库开始175 m试验性蓄水影响明显,采砂活动等因素也可能与洞庭湖湖区冲淤情况存在关联。     

分汊河道水流运动特性研究

在边界拟合正交曲线坐标系下，运用同位网格模式和界面动量插值的条件建立了二维水流数学模型，采用天然河段的实测资料对模型进行了验证。运用该模型研究了长江中游弯曲型分汉河道分流区在不同流量情况下水流运动与挟沙力因子的变化规律，为研究三峡蓄水后对坝下游河道的影响提供了研究手段。