三峡水库蓄水初期宜昌河道演变特点及趋势分析

在原型观测资料基础上,对三峡水库蓄水运行以来坝下游近坝宜昌河段河床冲淤演变特点进行了详细分析.结果表明,2003年以来,坝下游近坝宜昌河段经历了三峡水库不同的蓄水运行期,受多种因素的影响,河床冲淤变化呈现不同的演变特点,受宜昌河段冲淤影响,宜昌枯水位有时会出现下降或保持稳定不变的情况.近年来,由于坝下游长程河道冲刷带下移及宜昌以下枯水控制河段冲刷幅度加大,使宜昌枯水位又出现新一轮的下降.     

三峡水库蓄水后宜昌一杨家脑河段冲刷及粗化

水库蓄水引发的下游河道再调整,对河流未来演变与人类活动均有重要影响.根据现场实测水文、地形与床沙资料,对三峡蓄水后下游宜昌-杨家脑河段的河床冲刷下切、粗化等现象进行了统计分析.结果表明,三峡水库蓄水后导致宜昌相同来流情况下来沙剧减,这是导致研究河段冲刷的根本原因.2002-2006年间主要冲刷区逐年下移,冲淤幅度逐渐变小.而2006年汛末与2008年汛末三峡水库水位的抬高均导致冲刷量的突增.2002-2006年各河段曼宁糙率值逐步增大,尤其是坝下河段.床沙组成中卵石含量迅速提高,坝下河段河床中值粒径亦明显增大,而枝城以下河段不明显.这种上、下游河段粗化过程的差异性与河道冲淤、糙率变化是一致的.     

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。     

长江宜昌—监利段河床冲淤对宜昌站水沙变化的响应

三峡水库蓄水运行以来宜昌站水沙条件发生了明显改变,驱动下游河床发生新一轮调整。采用回归分析、机理分析等方法,探究了三峡工程运行前后长江宜昌—沙市段及沙市—监利段河床冲淤变化对宜昌水沙站条件的响应规律。结果表明:宜昌—沙市段冲淤量与宜昌站水沙指标间的关联度强于沙市—监利段且前者关联度随时间增强;研究河段月尺度河床演变对宜昌站水沙条件不存在明显的滞后响应;基于宜昌站月均流量分别构建的两个河段冲淤量回归模型可较好反映河床冲淤变化;根据所构建模型的模拟,三峡工程运行前宜昌—沙市段呈“小水小冲、大水大淤”的冲淤格局,冲淤转换临界宜昌站流量约为23 500 m3/s,三峡水库蓄水后该河段全面冲刷,呈“小水小冲、大水大冲”,但随着床沙粗化冲刷量有所下降;三峡水库蓄水前沙市—监利段亦呈“小水小冲,大水大淤”的冲淤格局,冲淤转换临界宜昌站流量约为22 500 m3/s,且同流量下的淤积量大于宜昌—沙市段,三峡水库蓄水后宜昌站小水时该河段冲刷量略大于上游河段,但宜昌站大水时该河段冲刷量明显更小。     

三峡水库蓄水后长江中游典型弯曲分汊河道的调整响应

三峡水库已蓄水运用10余年,坝下游长江中游各弯曲分汊河道已出现不同程度的冲淤响应,呈现出一定的河道调整规律。鉴于此,采用宜昌站、沙市站和汉口站水文观测数据,在分析三峡水库蓄水前后长江中游水沙变异特征的基础上,以监利河段、武汉天兴洲河段和戴家洲河段为典型分析河段,就河道平面变化、主支汊冲淤调整与汊道分流比3个方面,探析了三峡水库蓄水运用以来长江中游弯曲分汊河道的调整响应特点。结果表明,三峡水库蓄水运用后,长江中游弯曲分汊河道平面形态基本稳定,河道冲刷主要发生在枯水河槽;蓄水后分汊河段两汊中短汊发展较快,支汊有所萎缩。江心洲洲体冲刷萎缩,但受近年来实施的航道整治工程制约,这一冲刷趋势有所减缓。研究成果可为坝下游弯曲分汊河段的河道规划、设计及治理等提供参考。     

三峡水库建库前后荆江低水水位流量关系分析

三峡水库蓄水运用以后,由于库区泥沙淤积,清水下泄,下游河道必然受到影响。通过对三峡水库建库前后荆江河段主要水文测站多年的实测资料对比,分析了水库建库前后荆江河段主要控制站宜昌、枝城、沙市、监利的断面面积及低水水位流量关系变化。分析结果表明,受水库蓄水后清水下泄影响,荆江河段尤其是枝城、沙市站断面下切较大,低水水位流量关系线下移,同流量级下水位降低;宜昌站由于前期受葛洲坝工程影响,断面已基本稳定,受三峡工程运行影响不大。     

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。     

三峡水库蓄水以来水库淤积和坝下冲刷研究

为了分析三峡工程对库区及坝下长江中游河势的影响,基于实测资料,较为系统地研究了三峡水库蓄水运用以来水库泥沙淤积和坝下游河床冲刷特性。研究表明,1991年以来长江干流各站径流量变化不大,输沙量明显减小;三峡水库蓄水运用后的2003～2011年入库沙量继续大幅减少,仅为原设计值的40%,水库年均淤积泥沙1.40亿t,也仅为论证阶段的40%左右,且绝大部分淤积在常年回水区和死库容内;受上游来沙减小和三峡水库蓄水拦沙影响,坝下游输沙量大幅减小,悬移质泥沙颗粒也明显变粗,长江中游原有的冲淤相对平衡状态被打破,河床发生沿程冲刷,2002年10月至2010年10月,宜昌至湖口河段总冲刷量为9.79亿m3,河床冲淤形态转变为“滩、槽均冲”,主要冲刷发生在宜昌至城陵矶河段。     

三峡水库运用后连续急弯河道冲淤特性分析

为探究三峡水库运用后下游连续急弯河道的冲淤调整规律,根据七弓岭、观音洲河段实测地形资料和水文资料,研究了水沙变异条件下河势变化和冲淤特性。研究发现:①三峡水库受上游水库调蓄作用,上游来沙量大量减少,上游来水基本处于清水状态;径流量重分配,枯水期流量增加,汛期洪峰削减。②三峡水库运行后,七弓岭、观音洲上下2个急弯河段首先冲刷,然后转变为“上冲下淤”的相反的冲淤性质,后又恢复为同时冲刷的状态;年内表现为枯水期冲刷,汛期淤积,上下弯道总是表现出相反的冲淤形态,即枯水期“上淤下冲”,汛期“上冲下淤”。③三峡水库运行后,七弓岭急弯河道趋向窄深,观音洲急弯河道则以展宽为主,弯道段与过渡段冲淤表现相反。研究结果以期完善弯曲河道的演变理论,并对下荆江河床演变预测、河道整治及河道保护工作提供技术支撑。     

三峡水库蓄水运用初期长江中下游河道冲淤响应

根据来自长江水利委员会的2003年三峡水库蓄水前后出(入)库水沙变化的逐日数据(2003.5.25-6.12)以及长江中下游2003年和多年平均的干支流测站数据,本文对三峡水库蓄水初期长江中下游河道冲淤响应进行了初步研究。三峡水库蓄水后,拦沙作用十分明显,仅2003年6-12月份,水库淤积泥沙即达1.24亿t。由于泥沙被水库拦截,其下游各站输沙量均降低,河道沿程普遍发生冲刷(除监利至螺山段外)。各江段冲淤响应表现不一,从宜昌至监利冲刷量逐渐减小,监利至螺山段淤积,而从螺山到大通冲刷量逐渐增大。宜昌站至大通站间长江河道2003年总冲刷量为0.798亿t,比预测值小。三峡水库蓄水运用后长江河道冲淤形势发生的变化将对长江中下游环境带来一定的影响,加强及时的监测与研究十分必要。     

前置掺气坎坡度对阶梯溢洪道掺气水流影响的数值模拟

为研究复杂边界条件下气液两相界面的流动及混掺现象对工程建设的影响,结合某大型水电站的溢洪道,利用RNG k-ε模型对其进行三维流场模拟,采用有限体积法离散控制方程,并用GMRES算法进行压力求解,对前置掺气坎式阶梯溢洪道和传统阶梯溢洪道泄流壁面上的高速掺气水流进行数值模拟。结果表明:随着掺气坎坡度的增加,其掺气空腔及掺气浓度均有所增大,随着水流下泄掺气浓度沿程降低,达到一定距离后趋于稳定,掺气浓度值达到了减免空蚀破坏的要求;与传统阶梯溢洪道的模拟结果进行对比可知,增设前置掺气坎后,既可以增加前几级阶梯的掺气浓度使水流提前达到水气平衡,也没有降低阶梯式溢洪道的消能率,为解决传统阶梯溢洪道中出现的工程难题提供了一种新思路。     

重力坝加高结合部位粘结性能试验研究

针对水库重力式大坝加高加固问题进行试验研究,对后帮式、前帮式、外包式以及戴帽式加高方式建立实验模型评价新旧混凝土结合面的粘结性能。抗折强度试验和微观电镜试验结果表明,四种类型的加高方式,外包式的结合面最大,抗折强度最高,粘结性能最强。采用水泥砂浆处理后增多了结合面的纤维状C-S-H凝胶,增强了新旧混凝土之间的粘结性能,合理的加固方式加上结合面处理有利于提高坝体的安全性能。     

桥梁对水流的影响分析

根据哈尔滨水文水资源勘测总站实测水下地图及水文资料,针对桥梁上、下游浅滩变化,分析桥梁对水流的影响。     

稳定河床水位流量关系单值化原理

采用数理计算方法建立流量与综合落差、稳定流流量计算公式，从而使受洪水涨落和变动回水影响的非单元值的水位流量关系单值化。为精减测次、简化外业洲验，水文预报、水文及整编工作电算化提供了新的分析手段。     

In the Central Committee of the Communist Party of the Soviet Union and the Council of Ministers of the USSR

Power Technology and Engineering -     

小浪底地下厂房围岩稳定计算地质模型的研究

根据工程勘探资料,在分析小浪底枢纽地下厂房区主要结构面的分布规律及其特征的基础上,建立了几何传真概化地质模型,并采用不连续介质有限元离散化计算模型,模拟计算地下厂房围岩的应力应变。计算结果表明,所建立的概化地质模型符合实际地质状况,计算的应力分布与实测的变形特征相吻合,这与目前按常用的其它模型及连续介质计算的结果有明显不同。