黄河小浪底水库运用以来的泥沙淤积特征分析

基于原型观测资料,分析了小浪底水库入库水沙、水库运用及相应库区泥沙淤积的变化特征。小浪底水库运用以来,平均入库水量为225.23亿m~3,沙量为3.19亿t,入库水沙与历史多年平均值相比显著减少;汛限水位和运用水位则逐步抬高,目前,前汛期和后汛期汛限水位分别为230、248 m。至2015年4月,库区泥沙淤积总量为30.48亿m~3,其中干流淤积量占总淤积量的80.9%;水库平均排沙比约为21.0%,库区淤积物从库尾至坝前沿程细化。库区干流淤积纵剖面基本呈三角洲形态,随着水库的运用,三角洲淤积形态缓慢向坝前推进;上窄下宽的特殊库区地形对调整库区淤积形态有利。库区横断面淤积形态初期为水平淤积抬升,后期宽河段库区则受坝前水位下降期脱离回水的影响,形成有滩、有槽的复式断面形态。库区支流淤积形式主要为干流倒灌淤积,纵剖面淤积形态总体呈锥体变化,横断面呈水平淤积抬升。分析库区泥沙淤积特征有助于小浪底水利枢纽的科学调度运用。     

集对分析在三峡水库汛期分期中的应用

水库分期汛限水位控制能在不增加防洪风险的条件下提高水库的兴利效益,而汛期的分期则是分期汛限水位控制的前提.介绍了集对分析理论及联系数的计算方法,以三峡水库宜昌站为例,利用统计学方法确定了洪水分期数目,并计算了汛期每一天的联系度和联系数,从而最终确定三峡水库的汛期分期.分期结果比较后表明,用集对分析方法得到的三峡水库汛期分期和其他方法的分期结果基本一致,但集对分析法原理易于理解,计算过程客观,实际使用方便,说明集对分析理论在汛期分期中的应用是可行的,值得进一步深入研究.     

淤积固结条件下坝前泥沙压力对坝体影响的试验

首次对坝前泥沙压力在淤积固结作用下的变化规律进行了分析研究.初步分析了坝前泥沙在水库运行影响下的淤积特征.通过模型试验并在理论分析的基础上分析了坝前泥沙淤积固结机理及相应泥沙压力,得到了坝前泥沙饱和容重随时间的变化规律及最终的稳定趋势.结果表明:坝前泥沙经过一定的淤积历时后,容重分布发生了较大变化,深层淤积泥沙容重显著增大.为了描述这一变化规律,拟合了试验条件下泥沙容重随时间变化的公式.并经有限元计算,对比分析了重力坝在无泥沙淤积的运行初期、泥沙淤积初期以及泥沙经过固结作用达到稳定容重的后期等3种工况下的应力状态,得到了坝前泥沙压力在淤积固结作用下对坝体稳定有一些不利影响的结论.     

考虑入库洪水不确定性的三峡水库汛限水位动态控制域研究

汛限水位动态控制域是水库实施汛限水位动态控制的基础与关键.考虑影响防洪调度风险的最重要风险源,即入库洪水预报误差及洪水过程线形状的不确定性,提出风险约束条件及其量化分析方法.将入库洪水不确定性、风险分析与汛限水位动态控制域的确定过程有机结合起来,利用预泄能力约束法和Monte-Carlo模拟方法推求三峡水库汛限水位动态控制域.在不增加防洪风险的前提下,三峡水库实施汛限水位动态控制可有效地提高中小洪水资源的利用效率,利用1～3 d的洪水预报信息,三峡水库汛期可增发电量6.99×108～14.45×108kW·h.研究方法对其他水库实施汛限水位动态控制也有借鉴意义.     

岩滩水库泥沙淤积计算数学模型

河流上修建水库后,由于水位抬高,流速减小,来自上游的泥沙在库区大量落淤,直接威胁着水库的使用寿命和大坝安全.采用一维恒定非均匀不平衡输沙数学模型,计算了红水河上岩滩水库1994-1999年的冲淤过程,得到了河床纵剖面淤积形态、干流累积淤积量等结果,并与实测资料进行比较.对比分析表明,在模型参数按常规经验取值条件下,计算的库区淤积量远小于实测值.然后分析干密度、水流挟沙力参数、恢复饱和系数等参数调整对模型计算结果的影响,结合库区实际来沙及淤积情况调整了这些关键参数的取值,使得库区泥沙淤积计算结果与实测值较为接近.     

汾河水库1962～2008年泥沙淤积情况分析

对汾河水库1962~2008年泥沙淤积状况分析结果表明：水库泥沙淤积量总体呈减小趋势。汛期降水量和入库水量是造成水库泥沙淤积的主要因素,实施上游水土保持项目对减小水库淤积具有显著作用。     

三峡水库新蓄水方案对重庆河段航道的影响

运用重庆河段平面二维泥沙数学模型对三峡水库蓄水方案改变后重庆河段水流运动及泥沙冲淤进行模拟.文中给出了数学模型的计算条件、关键问题的处理方法及详细验证结果,并运用此模型计算分析了三峡水库采用新的蓄水方案后重庆河段在100年内的冲淤变化情况,结果表明:模型验证结果良好,具有较强实用性;新的蓄水方案情况下,重庆河段在三峡水库蓄水后淤积量逐年增长,泥沙淤积纵向分布主要集中宽阔的浅滩段,横向分布主要集中在汛期的回流区或边滩部位,部分浅滩河段随着三峡水库运用时间的增长出现碍航问题.     

水土保持措施对汾河水库泥沙淤积的影响

对山西省汾河水库1962～2008年淤积情况的分析结果表明:水库淤积量总体呈减小趋势。汛期降水量和来水量是造成水库淤积的主要原因,实施水土保持措施可减少水库淤积。     

三峡水库泥沙淤积滞后响应规律

滞后性是河流系统自动调整的重要特征之一,以往对于三峡水库泥沙淤积滞后响应规律的研究相对较少.本文采用实测资料分析与滞后响应模型等理论模型研究相结合的方法研究三峡水库泥沙淤积响应规律.首先,统计三峡水库蓄水以来水沙条件及泥沙淤积特性变化,分析梯级水库蓄水对三峡水库水沙条件及库区泥沙淤积的影响,在此基础之上,通过考虑入库流...     

大化水库库区泥沙淤积现状及预测分析

通过大化水库不同运用期库区来水来沙的变化,分析了大化水库库区泥沙淤积现状情况,提出了采用典型水沙年来分析该水库淤积的方法,并用一维数学模型预测了不同水沙不同调度下水库泥沙淤积情况.计算结果表明在同等水沙条件下,降低库水位对于减少库区泥沙淤积是有利的.     

黄河下游河道断面宽深比对输沙能力的影响

根据1950~2000年黄河下游河道各站汛期实测径流量、输沙量资料,分析了花园口~高村、艾山~利津河段处于冲淤平衡状态时径流量与输沙量之间的关系,得到了冲淤平衡时,在径流量一定的情况下,河槽断面宽深比越小,输送的泥沙量越大的结论;通过概化河工模型试验,分析了在不同的主槽宽度、深度、流量和进口含沙量情况下,临界含沙量与主槽断面宽深比的关系,表明临界含沙量随流量的增大而增大,随断面宽深比的减小而增大,临界含沙量随断面宽深比减小而增大的速率随断面宽深比的减小而增大;分析了断面宽深比对黄河下游河道泥沙输移公式的影响;最后,与小浪底调水调沙实测成果进行了比较,结果表明其与笔者研究结论基本一致.     

设计洪水不确定性下的水库防洪风险调度

水库防洪调度中,设计洪水的推求对于水库防洪安全至关重要,而在其实际的推求过程中存在着诸多不确定性因素影响。本文针对设计洪水洪峰、洪量以及洪水过程线多重不确定性,提出了一种水库防洪风险调度模型并进行求解,探求设计洪水不确定性下的水库防洪调度过程。应用Copula函数建立洪峰与最大三日洪量的联合分布模型,采用蒙特卡洛重抽样方法,获取一系列峰量联合设计值;针对传统设计洪水过程线选择的单一性问题,对水库实测洪水过程进行了分类,并对不同类型的洪水过程线进行随机模拟,生成多维不确定性下的设计洪水过程;引入经济学指标条件风险值CVaR(Conditional Value at Risk)来衡量水库防洪调度过程中超过调洪最高洪水位的风险,建立了考虑CVaR的水库防洪调度模型,通过不同的风险系数取值获得不同的水库防洪调度过程。以安康水库洪水过程为例,二次重现期标准下百年一遇设计洪水联合设计值存在着较大的不确定性;采用K-means聚类法把洪水过程分成了三类,并应用蒙特卡洛法对不同类型洪水过程进行随机模拟,获取了考虑不确定性的大量水库设计洪水过程,推求了安康水库不同风险系数下水库防洪调度规则。本文所建立的考虑设计洪水不确定性的水库防洪风险调度模型可为不确定性条件下水库调度规则的制定提供指导。     

考虑预报预泄时白盆珠水库汛期蓄水运用方式研究

针对白盆珠水库汛限水位 (75m)与库区迁赔高程 (79.7m)相差 4.7m的特点 ,研究了水库汛期蓄水运用方式 ,即对每场洪水的退水段进行适当的拦蓄 ,但在防洪方面可能会有一定影响 .为了减轻这种影响 ,进一步研究了水文、气象预报预泄的运用方式 ,既使防洪要求得以保证 ,又使水库获得可观的经济效益 .     

西江归槽洪水研究展望

西江流域由于大量兴建堤防工程导致洪水归槽,改变了原天然河道的洪水槽蓄关系,使得用于防洪规划和洪水灾害风险评估的洪水序列失去了一致性。目前洪水归槽问题研究主要集中在出槽洪水的归槽还原计算方面,对于干支流洪水与区间洪水的遭遇考虑不足,对洪水发生变异的成因及非一致性洪水的频率计算方法也缺乏系统性的研究。建议采用水文变异诊断系统对西江流域的水文要素进行变异分析,以识别其时空变异规律;研制西江中下游干支流洪水及区间暴雨洪水的多输入单输出概念性水文模型,以模拟其洪水形成过程;提出基于MISOCHM模型的非一致性洪水频率计算方法、基于HHT变换的非一致性洪水频率计算方法,以推求变化环境下河道断面的洪水频率分布,并结合西江流域防洪规划评价西江堤防现状和未来的防洪能力。其研究成果不仅对变化环境下的水循环和水安全研究具有重要的理论意义,而且对于流域防洪规划和洪水灾害风险评估具有重要的实际应用价值。     

淮河大型防洪模型试验研究(一)模型设计与验证试验

淮河淮滨至正阳关河段内支流及行蓄洪区很多,干支流洪水遭遇情况复杂,是一个复杂的防洪体系。采用非恒定流防洪模型,计算机控制与检测系统,经过验证试验对河段各部位糙率及控制系统参数加以调整后,准确地重演了1982年的洪水过程,模型各站的水位流量过程与原型一致。该模型是淮河防洪规划、河道整治、调度运用的重要手段。     

小浪底水库运用初期黄河下游河道冲刷模拟计算

采用小浪底水库运用后的1999年11月至2002年10月水沙系列对已建立并运用多年的黄河准二维泥沙数学模型进行验证计算，河床冲淤变化、断面形态调整、洪水演进及洪水位变化、床沙与悬沙交换等各方面的计算结果与实测资料基本吻合。这说明该模型适用于因小浪底水库运用而水沙条件发生重大变化的黄河下游，该模型可在今后小浪底水库运用方式的比选、黄河下游河道治理及下游防洪决策等工作中发挥其模拟和预测的作用。     

三峡电站装机容量扩充的经济合理性与风险分析研究

从系统运行的全局出发 ,研究了在三峡水库的运行满足防洪、排沙和航运等综合利用要求的前提下 ,三峡电站在汛期调峰运行的可能性及经济性 ;论证了三峡电站汛期调峰的条件以及给电力系统运行的灵活性和经济性带来的巨大作用 ;提出了三峡电站的装机规模扩大到 2 2 40万kW (即紧接设计的 2 6台机组之后安装预留的 6台机组 )的建议 .三峡工程规模大 ,影响范围广 ,涉及的不确定 (风险 )因素很多 .根据信息熵原理 ,建立了基于最大熵法的经济风险分析模型 ,导出了 6个主要经济指标的最小偏见的概率密度分布函数 ,进行了三峡工程经济风险分析与评价 ,所得结论有益于指导工程项目施工管理     

基于两阶段风险分析的水库群汛期运行水位动态控制模型

水库(群)实时调度能结合有效的水文预报信息对水库在实时运行层面权衡防洪与兴利效益具有指导意义。然而,水文预报信息的利用面临着不可规避的不确定性问题,故水库(群)实时调度运行需要考虑风险控制方法的研究。针对耦合水文预报的水库群汛期运行水位动态控制问题,提出了可考虑各水库不同预见期长度、不同预报精度的两阶段风险率计算方法,并将其应用于构建水库群汛期运行水位动态控制模型。首先,两阶段风险率思想是将未来调度时段按预见期节点分为预见期以内和预见期以外两个阶段,预见期以内考虑径流预报不确定性带来的风险,采用集合预报思想统计多组预报径流情景在预见期以内的失事概率,预见期以外考虑因预见期末水位过高难于应对后续洪水的潜在风险,根据历史设计洪水的调洪演算试算风险率。其次,基于所提出的两阶段风险率方法构建以发电量最大为目标函数的水库群汛期运行水位动态控制模型。研究结果表明：提出的两阶段风险率计算方法可兼顾考虑实时调度阶段由径流不确定性引起的预见期以内、预见期以外的潜在风险;基于两阶段风险分析构建的水库群优化调度模型,可求解得出的水库群系统库容动态最优决策过程,且该优化调度模型可在不增加汛期防洪风险的基础上提高水库群系统的发电效益,即2010年汉江流域五库系统在夏汛期可提高总发电量2.30亿kWh。     

黄河调水调沙有关问题的探讨

总结了小浪底水库运用以来黄河调水调沙取得的重要成果;从小浪底水库拦沙运用变化及黄河下游河道冲淤变化两方面分析了当前小浪底水库调水调沙的运用条件;提出了今后黄河调水调沙应当关注的一些问题,如水库汛限水位、调水调沙调控指标、调水调沙运用思路等.     

基于预报调度下的汛限水位随机分析与风险评估

对防洪调度过程各主要相关参数进行了随机误差识别,结合洪水预报对起始水位、入库洪水、泄流等主要参数的随机性进行分析,应用一次二阶矩法和相应的理论分布函数描述事件的随机分布,对应某一汛限水位的调洪过程不再是一确定过程,而是具有随机分布特性,反映了实际防洪调度中各随机因素的影响作用.并对汛限水位进行了风险评估,主要分析了相应调洪最高库水位的超标风险率,建立风险评价标准.在满足防洪安全的前提下合理地调整汛限水位,以充分利用洪水资源.