三峡水库蓄水后长江中游河床粗化及含沙量恢复特性分析

三峡水库蓄水后清水下泄,长江中游含沙量将长期处于严重不饱和状态,水流含沙量沿程恢复将会引起长江中游河道长距离冲刷。根据三峡水库蓄水以来实测资料,分析了长江中游河段河床粗化与月均含沙量恢复的特性。结果表明:三峡水库蓄水运用以来,宜昌-枝城河段床沙粗化明显,河床已基本以卵石为主;枝城-监利河段河床粗化较为明显;监利-螺山河段、螺山-汉口河段河床有一定程度粗化。三峡水库蓄水运用后,d0.125 mm粒径沙量在长江中游沿程恢复缓慢且恢复程度远小于蓄水运用前,d0.125 mm粒径沙量在宜昌-监利河段恢复速率较快,且在监利站附近该粒径含沙量基本恢复饱和。宜昌-监利河段月平均含沙量恢复达到最大值,监利-螺山河段月平均含沙量以减小为主,而螺山-汉口河段月平均含沙量变化不明显。研究成果为将来水库下游不平衡输沙的深入研究提供了参考。     

三峡坝下游河道造床流量与水流挟沙力的变化

通过对三峡水库蓄水前后坝下游水沙条件代表站--宜昌水文站的资料进行统计,分析了三峡水库蓄水前后坝下游河道造床流量的变化,并结合水力学计算对水流挟沙能力进行估算,简要分析了坝下游河道水流挟沙能力沿程的变化情况。分析认为三峡水库蓄水后引起的坝下游第一、第二造床流量变化和水流挟沙能力变化反映了坝下游河床以纵向冲刷为主的发展趋势;三峡蓄水前后同流量级条件下沿程水流挟沙能力的变化反映了三峡蓄水以来坝下游河段以中低水冲刷为主、中枯水位下降相对明显及河床沿程变化受节点控制的客观事实。     

三峡坝下游河道造床流量与水流挟沙力的变化简

 通过对三峡水库蓄水前后坝下游水沙条件代表站——宜昌水文站的资料进行统计,分析了三峡水库蓄水前后坝下游河道造床流量的变化,并结合水力学计算对水流挟沙能力进行估算,简要分析了坝下游河道水流挟沙能力沿程的变化情况。分析认为三峡水库蓄水后引起的坝下游第一、第二造床流量变化和水流挟沙能力变化反映了坝下游河床以纵向冲刷为主的发展趋势;三峡蓄水前后同流量级条件下沿程水流挟沙能力的变化反映了三峡蓄水以来坝下游河段以中低水冲刷为主、中枯水位下降相对明显及河床沿程变化受节点控制的客观事实。     

渭河下游河道输水能力与断面形态响应关系研究

渭河下游河道冲淤幅度大,各断面形态变化情况复杂,导致其平滩流量也剧烈变化。本文在分析沿程床沙组成、不同年代断面形态实测资料的基础上,概化不同河段不同年代河道的糙率、比降,探索提出了滩唇比降法计算断面的输水能力方法,所得结果与传统的水文站经验方法吻合较好,说明该方法是研究沿程不同河段输水能力的一种新的途径。对比分析得到渭河下游河道平滩面积与平滩流量具有指数关系的特点,深入分析了不同年代平滩流量与断面形态的影响关系变化规律。     

三峡水库蓄水后荆江河段沙质推移质特征分析

为了研究三峡水库蓄水后长江中下游河道冲淤及发展趋势,采用2003～2017年实测水文资料,分析了三峡水库蓄水后荆江河段沙质推移质变化特征,并从来沙条件、断面冲淤及流速、流量变化等方面阐述了变化原因。分析结果表明:三峡水库蓄水运用后,荆江河段沙质推移质输沙量基本呈逐年减小、沿程增加趋势;推移质输沙主要集中在汛期5～10月;枝城站沙质推移质中值粒径变化复杂,沙市站沙质推移质中值粒径基本呈逐年增大趋势,监利站沙质推移质中值粒径变化不大且基本呈沿程减小趋势。沙质推移质中值粒径变化主要受断面冲淤以及流速、流量变化影响。     

三峡水库蓄水后坝下游干流枯水期水位变化研究

三峡工程建成运行以来,水库清水下泄对坝下游河道造成了明显冲刷,同时枯水期水库向下游补水,提高了坝下游沿程水位与平均流量,改善了下游供水形势。根据坝下游干流沿程宜昌、枝城、沙市、螺山、汉口、大通等水文站的水位、流量、大断面等资料以及三峡水库优化调度方案,分析了三峡水库建成运行以来沿程各站枯水期水位流量关系变化,旨在定量研究三峡水库枯季补水和清水下泄对河道的冲刷作用及对三峡坝址下游沿程水位的影响。研究表明:三峡水库蓄水以来,宜昌-汉口河段各控制站在不同流量条件下,水位均有不同程度的降低;枯水期综合考虑补水和冲刷作用后,不同月份沿程各站水位有升有降。     

冲刷条件下长江枝城至沙市河段床沙级配模拟

三峡水库蓄水运行后,清水下泄,坝下游河道遭受持续冲刷,以致产生了不平衡的输沙问题,而床沙级配的变化又是其中不可忽视的原因之一。结合2015年7~9月长江枝城至沙市河段的冲刷过程实测资料,依据断面地形测量计算的冲淤变化结果以及河段进出口断面的悬移质级配成果,采用韩其为理论公式,对该河段的床沙级配进行了数值模拟计算,并运用实测数据对模拟的结果进行了验证。验证结果表明,在冲刷条件下,该方法基本上可以预测长江枝城至沙市河段沿程床沙的级配变化情况。该结论可为验证三峡水库坝下游的不平衡输沙理论提供实例证据。     

三峡工程运用后宜枝河段平滩流量调整特点

三峡水库蓄水运用后,清水下泄使得坝下游宜枝河段发生显著冲刷,河道过流能力也相应调整。宜枝河段(包括宜昌及宜都两河段)断面形态复杂,且过流能力沿程差异较大,河段平均的平滩流量更能反映其综合过流能力。采用基于对数转换的几何平均与断面间距加权平均相结合的方法,分别计算了宜昌及宜都河段2002—2013年各年汛后的平滩流量,分析了河床冲淤变化对河段平滩流量的影响,同时还建立了两河段平滩流量与前5 a汛期平均水流冲刷强度的经验关系。结果表明当河段冲刷时,平滩流量增大,反之则减小;宜昌河段平滩流量与水流强度相关性系数较低,为0.64,而在宜都河段为0.94,表明宜都河段对上游水沙条件变化的响应较宜昌河段更为显著。     

三峡工程运用后长江中游河床调整及崩岸特点

三峡工程运用后,因入库沙量减少及上游水库群的拦沙作用,坝下游河段沙量急剧减小,长江中游河道发生沿程冲刷,2002～2015年该河段累计冲刷量已达16亿m~3,同时平滩河槽形态也发生了显著调整。为更好地掌握长江中游的河床调整特点,分析了近期长江中游水沙过程及河床冲淤情况,采用基于河段尺度的平滩河槽形态参数的统计方法,计算了长江中游各河段平均的平滩河槽形态参数;建立了这些参数与前5 a平均汛期水流冲刷强度之间的经验关系,用于反演各河段平滩河槽形态随水沙条件变化的调整过程。此外,三峡工程运用后长江中游局部河段崩岸险情频发,不仅影响河势稳定,同时危及防洪安全,因此还总结了长江中游河道崩岸的时空分布及其特点,提出了水流冲刷强度增加是导致崩岸发生的主要因素。     

三峡水库蓄水前后荆江河段冲淤与水沙过程响应

三峡水库蓄水以来,出库沙量(以宜昌水文站实测数据为依据)大幅度降低,坝下游河床冲淤规律也随之发生改变。实测资料表明:荆江河段发生全面冲刷,而沿程冲刷又进一步引起了下游悬沙输移量的变化。基于1992～2017年长江中下游荆江河段各水文站实测流量、含沙量数据,对该河段水沙关系进行了较为系统的分析,初步得出三峡水库蓄水前、蓄水初期以及试验性蓄水后不同时期的水沙关系变化。基于实测资料,利用输沙量法计算荆江不同河段的冲淤量随流量的变化,提出了不同时期荆江河段冲刷强度最大的流量级。     

长江上游推移质泥沙输移研究

 针对目前长江上游精度较高的推移质输沙率公式还未公认接受的现状,利用长江上游8个测站（点）共计1 290组推移质运动实测资料,点汇无因次水流强度指标和泥沙输移强度相关关系,发现无因次W*Φ的关系较好。然后根据输沙率公式的标准化对其关系式进行回归分析,并利用实测资料对回归公式进行了验证。结果表明,该公式较适用于长江上游河流的推移质输沙率公式,推荐在长江上游河流使用本文回归公式。     

黄河下游河槽泥沙扬动与输移特性

本文利用大量水文资料,在前人研究的基础上,分析研究了黄河下游河槽泥沙扬动与输移特性。首先根据水文测验尤其是泥沙级配实测资料,间接分析各家公式的合理性,从而选择出物理概念清晰、符合黄河下游实际的扬动流速计算公式。对于粒径较小的泥沙,沙玉清、窦国仁等现有扬动流速计算公式都适用于黄河;随着泥沙粒径增加,几家公式差异变大,张罗号和罗诗琦公式同实测资料更为符合。在此基础上分析了黄河下游河槽不同粒径泥沙的扬动特性,认为“粗颗粒”泥沙在黄河下游河槽中水流量下亦能扬动。然后,选取黄河下游花园口、高村和利津站为下游代表水文站,采用汛期非漫滩情况下的实测数据,分别绘制了三站流量与泥沙以悬移形式运动的百分比关系图。引入扬动临界流量的概念后,各站泥沙输移特性变化规律基本遵循统一表达形式。进一步定量分析了各水文站泥沙输移特性,给出了扬动临界流量、扬动概率系数、输沙指数同泥沙粒径等因子的关系式,从而建立了泥沙以悬移形式运动的百分比与水沙因子的计算公式。结合未来30年内年均沙量减小的预测结果进行计算,表明黄河下游汛期日平均流量只要大于971 m³s,悬移质泥沙组成中的粗颗粒能保持悬移运动状态,同时表明加大流量是直接提升水流输沙能力的有效手段。     

长江上游水库群兴建对水沙情势的影响分析

长江上游一批大中型水库的相继建成,对上游流域的水文、泥沙特性将产生一定的影响。系统分析了上游流域水库群建成后各支流主要控制性水文站及干流寸滩、宜昌站的水沙变化规律。结果表明:除屏山站以外,各站点在时段分割点后的年均径流量均较之前呈明显的下降趋势,下降幅度达4%～24%;各站点年均输沙量下降趋势更为明显,下降幅度达30%～90%。在此基础上,分析了长江上游水库群兴建后面临的新形势,并对当前需重点研究解决的问题提出了建议。     

Effect of the Three Gorges Reservoir on vertical distribution of suspended sediment concentration and estimation accuracy of depth-average concentration in downstream reaches

The sediment regime in the middle Yangtze River has been significantly changed from quasi-equilibrium to nonequilibrium since the impoundment of the Three Georges Reservoir (TGR). To understand the effects of the TGR on vertical distribution of suspended sediment concentration (SSC) and estimation accuracy of mean concentration, vertical sediment concentration and flow velocity data at the Shashi and Jianli hydrological stations in the reach before and after the impoundment were collected. Comparisons and analysis of vertical profiles of SSC before and after the TGR impoundment show that after the impoundment of the TGR, due to the coarsening of sediment particle size, the reduction in sediment load, and the significant decrease in sediment saturation, the vertical distribution of SSC in the downstream reaches became more uneven under medium and low water flows, which was reflected in the vertical gradient and the fluctuation degree of SSC significantly increased. In addition, the depth-average sediment concentrations were calculated by the selected-point method and the mean values calculated by the “multi-point method” were regarded as the “true mean” to evaluate the accuracy of the mean value calculated by the “few-point method.” It was found that the relative errors for the selected-point method were mainly positive before impoundment but mainly negative after impoundment. Additionally, the correction factors of one-point, two-point, and three-point methods and the position of the near-bed substituted point for the five-point method were given to reduce the error when the point measurements were used to calculate the depth-average sediment concentration in the downstream reaches.     

近50年来长江中游泥沙输移变化

 对1950年以来长江中游泥沙输移资料作了初步分析。分析结果表明：20世纪60年代下荆江裁弯后,三口(松滋口、太平口、藕池口)分流分沙减少,下荆江径流量和输沙量相应增加,洞庭湖泥沙淤积减少;80年代中期以后,长江中游干流及洞庭湖出口的年输沙量呈减少趋势,城陵矶至武汉河段河床由淤积转为趋向冲淤平衡三峡工程初期蓄水运用后,长江中游含沙量沿程恢复距离较长,但床沙质部分恢复距离相对较短。     

三峡水库下游荆江河段推移质输沙率计算方法分析

根据荆江沙市水文站与监利水文站共380组次推移质输沙率与断面水力要素的实测资料,分析了推移质泥沙的输移特性,建立了推移质输沙率与流量之间的关系式,并利用实测资料对Engelund-Hansen和Einstein推移质输沙率公式进行了检验与修正。研究结果表明:荆江河段沙市站与监利站的实测推移质泥沙年输移量位于137~388万t之间,主要发生在汛期的5-10月,约占全年的75%,而且沙市站断面的年均输沙量小于监利站;推移质输沙率与流量的1.3511次方成正比,呈显著相关。Engelund-Hansen与Einstein公式直接用于计算荆江河段推移质输沙率均存在系统偏差,修正后的公式与实测资料吻合较好,呈高度相关,其中Einstein的修正公式相关度更高。研究成果可用于荆江河段推移质输沙量的计算与河床演变分析。     

金沙江流域的河流泥沙输移特性

金沙江是长江上游河流泥沙的主要来源。通过对金沙江流域主要控制水文站径流泥沙资料的统计分析。该文论述了金沙江河流泥沙的来源和沿程分配、输水得的年内分配和年际变化、径流量和输水利一的关系以及泥沙形成的原因。为研究金沙江流域的水土流失和泥沙输移规律，合理地开发和利用其水土资源提供了科学依据。     

长江流域泥沙资源供需矛盾及对策

针对长江含沙率较小但输沙量较大的特点,需要采取一定的措施,在减小或避免其泥沙致灾的同时,将其加以合理利用,实现减灾兴利。根据长江流域干支流主要控制站的水沙实测资料,统计分析了包括三峡水库蓄水运用以来近50余年的长江上游、三峡工程坝下游干流河道与洞庭湖水系、鄱阳湖水系及支流汉江的泥沙输移变化,阐述了长江流域泥沙资源化的主要表现,揭示了长江流域泥沙资源的供需矛盾,并提出了相应的缓解对策。     

大型水利工程对长江中下游水沙变化特征的影响分析

三峡大坝蓄水运用以后,直接影响中下游的径流量和输沙量。根据1988-2012年宜昌站、大通站的水文数据,运用相关分析法和Mann-Kendall非参数检验法,对比分析长江流域宜昌站和大通站的径流量和输沙量特性及其在时间和空间上的变化规律。结果表明:宜昌站、大通站年际径流量由于三峡大坝的蓄水存在波动,但未出现明显的趋势性变化;而输沙量从20世纪80年代就开始减少,在2003年三峡大坝建成之后减少的趋势更为明显,三峡大坝对下游水文站点的水沙影响随着与三峡大坝距离的增加而减少,上游宜昌站的水沙变化较下游大通站更为显著。