西江中下游型洪水下的梯级水库调度模拟分析

为探讨西江中游主要梯级水库的拦洪削峰作用,以100年一遇的"05·6"中下游型洪水作为典型洪水,拟定了龙滩、岩滩和西津3个主要大中型水库的4种梯级水库调度方案,采用率定和验证后的西江中游河网及梯级水库水动力数学模型,分别对频率为0.2%、1%和2%的中下游型洪水下的4种梯级水库调度方案进行了模拟计算和分析,结果显示,该水动力学模型能很好的模拟洪水特性参数的时间变化规律以及参与调度水库的运行调度过程;龙滩水库的单库调度方案能有效削减"05·6"型中下游洪水下的梧州断面洪峰量级,以龙滩水库调度为主导联合西津和岩滩水库的调度方案能进一步削减下游梧州断面的洪峰,但西津和岩滩水库由于库容有限,分析显示西津或岩滩水库单独调度对"05·6"中下游型洪水的拦洪削峰作用极为有限。     

西江干流敏感生态需水量研究

西江干流是珠江流域内最重要的鱼类产卵场分布区和鱼类洄游通道,其敏感生态需水可由控制断面的鱼类繁殖期适宜生态流量来确定。针对西江干流河道实际情况,选取迁江站和梧州站作为控制断面,依据西江鱼类产卵繁殖所需流速,采用生境模拟法估算西江干流迁江站、梧州站断面生态敏感期的适宜生态流量分别为1 722 m3/s、5 213 m3/s,敏感生态需水量分别为183亿m3、575亿m3,并利用Tennant法对计算结果进行了分析评价。该研究结果为西江干流的鱼类生境保护及水资源配置提供了技术依据。     

考虑鱼类产卵场健康的生态需水核算 ——以西江东塔产卵场为例

产卵场是鱼类栖息地中敏感场所,具有特殊的水文水动力特征,对鱼类自然繁殖有重要的生态学意义。为有效缓解家鱼资源衰退趋势,开展针对四大家鱼自然繁殖的生态需水核算研究,保障家鱼繁殖的用水需求是一种有效的方法。首次以西江段东塔产卵场为研究区域、四大家鱼为目标物种,构建研究区水动力特征指标适宜性曲线,采用二维河流水动力学模型River2D,模拟不同流量下流速和水深等因素对鱼类产卵场的影响,建立流量与四大家鱼栖息地权重可用面积变化的关系,从而确定研究区生态需水量。研究结果表明:基于20种流量工况(1 000～20 000 m~3/s)模拟结果显示,东塔产卵场最大权重可用面积为101 935.48 m~2,适宜权重可用面积对应的生态需水量为10 277.54～12 546.61 m~3/s,该值可作为四大家鱼产卵期的生态需水峰值。基于历史月平均流量工况模拟结果显示,东塔产卵场1—12月可利用加权面积最小值对应的流量分别为:1 339.67、1 256.53、1 361.93、2 126.09、4 057.10、6 202.66、6 734.19、5 316.12、3 092.66、1 680.32、1 234.40、1 168.32 m~3/s,该系列值可作为维持东塔产卵场功能的最小生态需水量。利用维持四大家鱼产卵场健康确定河道生态需水量有利于鱼类种质资源的提高,在维持生物多样性乃至对整个生态系统具有重要的生态学意义。     

西江中上游型洪水影响下龙滩水库调度特性初探

为探讨龙滩水库对西江中上游型洪水的防洪削峰作用,选取"96·7"中上游型洪水作为典型洪水,拟定4种龙滩水库调度方案,采用率定和验证后的西江中游河网及梯级水库水动力数学模型,分别对典型洪水及频率为0.2%、1%和2%水文条件下的4种梯级水库调度方案进行了模拟计算和分析。结果显示,该水动力学模型能很好地模拟洪水特性参数的时间变化规律以及水库的运行调度过程;对于"96·7"典型中上游型洪水,由于红水河洪水较小,梧州断面流量以柳江来水为主,龙滩水库调度对梧州断面削峰效果有限;但针对中上游型不同频率的大洪水,采用提前启用龙滩水库的调度方案能有效削减梧州断面的洪峰值;其中,龙滩水库采用发电流量控泄的方案可以达到防洪和发电效益的统一。     

补偿中华鲟产卵场水动力环境的梯级水库联合生态调度研究

三峡—葛洲坝梯级水利枢纽工程的建设和运行阻隔了长江部分洄游鱼类的洄游通道,梯级水库的联合调度运行改变了坝下河道天然径流过程,对被迫在坝下形成新产卵场的珍稀水生物中华鲟的产卵繁殖产生一定影响。为有效保护中华鲟资源,在明确梯级水库调度运行与中华鲟产卵场产卵适合度相关性分析的基础上,提出优化三峡下泄流量和葛洲坝运行方式相结合的三峡—葛洲坝梯级水库生态调度方式,以补偿中华鲟产卵栖息所需的河流生境。通过以三峡水库的实际来流过程输入水库生态调度模型,得出中华鲟产卵期(每年10—12月)补偿其产卵栖息水环境的梯级水库联合生态调度方式。根据梯级水库生态调度与现有调度结果进行分析比较结果表明:梯级水库联合生态调度可在满足三峡水库常规调度目标的基础上同时满足中华鲟产卵所需的生态流量,配合葛洲坝电厂优化调度运行方式,可有效增加坝下中华鲟产卵场水动力环境产卵适合度,补偿梯级水库运行对中华鲟产卵生境造成的不利影响。     

西江干流浔江段防洪特性分析

为探讨西江干流浔江河段主要防洪城镇及堤岸的现状防洪能力,整理分析了浔江段的现有防洪规划、控制水面线、河道演变特性及实测水文资料,结合建立的西江中游河网及梯级水库整体数学模型,计算分析显示,浔江河道堤岸的防洪能力总体已达到规划防洪标准,未达标段主要集中在桂平、平南和藤县部分乡镇;浔江段下游端控制站点梧州水文站水位近10 a来变化很小,上游端大湟江口站则有所抬升;梧州、苍梧和藤县所在河段水位呈下降趋势,从而导致所在位置河道堤防防洪能力有所提高;桂平和平南所在河段水面线抬升明显而导致堤防防洪能力下降;其他一般堤岸防洪能力则基本维持不变甚至有所提高。     

葛洲坝电厂调度对中华鲟产卵场水流条件的影响

建立中华鲟产卵场三维水流数学模型,模拟葛洲坝电厂不同调度情况下产卵场水流条件;分析了葛洲坝下游近坝段适宜中华鲟产卵的水深、近底层流速和两者叠加的区域范围;研究了葛洲坝电厂调度对中华鲟产卵场水流条件影响,并初步提出了中华鲟产卵场水流条件改善措施。研究结果表明:葛洲坝下泄流量在15 000～6 000 m3/s范围变化时,适宜中华鲟产卵的水流区域范围随下泄流量减小相应减小;在下泄流量为6 000 m3/s情况下,若下泄流量全由大江电厂泄流时有利于增大大江尾水区适宜产卵的水流区域范围。     

飞来峡水库为珠三角压咸补淡调度有关问题的分析

特枯水期,西江、北江联合向珠三角调水调度是必要的,飞来峡水库调度流量大于500 m3/s,历时大于60 h,而且到达三水后必须与西江来水流量组合,才能有效发挥作用。在制定调度方案时,需要协调航运、发电效益,以减少不必要的矛盾和效益损失。北江上游主要水库联合调度,飞来峡水库提高正常水位到25 m,可以增加北江枯水期可调水量。     

西江中游红水河段突发水质污染物输移传播特性初探

采用西江中游河网及梯级水库水动力模型及污染物输移扩散数学模型,初步探讨了2014年枯季水文条件下,西江中游主干河道红水河某位置发生突发性水质污染后的污水团输移扩散特性。结果显示,污水团在向下游输移扩散的过程中,其影响范围变化分为2个阶段:第一阶段为随流剪切扩散阶段,影响范围逐步增大;第二阶段为当污染物稀释扩散到一定程度后,内部浓度分布较为均匀,此时由于进一步稀释作用导致其影响范围逐渐减小直至最后消失阶段。通过对红水河大化电站至百龙滩电站之间的某断面发生突发性水质污染事故后的模拟计算显示,最大影响范围出现在11 d后的大湟江站的上下游河段,最大影响距离为52 km,污水团最终在大湟江口至长洲枢纽间的浔江河段逐渐稀释至设定影响浓度值以下。枯季由于流量小、流速慢,若不采取对应措施,污水团输移稀释速度相当缓慢,将对取水和水生态环境造成严重影响。     

西江中游突发性水体污染水库群应急调控初探

针对西江流域突发性水体污染易发生河段的水库群调控,建立了西江中游河网水动力及污染物输移扩散模型和污染物输移扩散数学模型,对不同的水库群调度方案进行对比论证。根据西江流域产业布局情况及突发性水体污染发生特点,选取大化瑶族自治县作为本次分析的突发性水体污染发生地点,设置不同的调度方案,对西江流域中游水库群进行调度。对各方案污染物扩散情况进行对比分析,得到一个较好的调度方案。通过各梯级水库的联合调度,充分利用各梯级水库的可利用库容,上游水库向下游逐级补水,可以取得比单库调度更好的效果。     

丰满水电站坝下河段生态水文特性分析

根据研究区域特点以及鱼类主要产卵场分布情况,选取丰满、吉林和松花江三个水文站作为代表来分析丰满大坝下游河道的生态水文特性。分析IHA的5大类32个生态水文指标在研究区域时空变化特性,结果显示大多数指标具有沿程增加的趋势和基本相同的逐年变化趋势。进一步分析产卵期影响产漂流性卵鱼类繁殖的涨水指标(有效涨水过程数、总有效涨水持续时间、断面初始流量、流量的日增长率、前后两个洪峰过程的间隔时间),结果表明:(1)通过丰满与永庆水库联合生态调度,可改善下游产卵场江段的水文条件;(2)丰满、吉林和松花江站的断面初始流量和流量的日增长率指标差别不大,逐年变化趋势一致;(3)比较有效涨水过程数和总有效涨水持续时间指标发现,松花江站明显比其他两站大,比较前后两个洪峰过程的间隔时间指标发现,松花江站变化更加稳定。研究结果为大坝河段的生态研究提供参考。     

2010年抚河特大洪水廖坊水库调度分析

通过实测水文数据,对2010年抚河特大洪水时抚河流域洪水组合分析,客观再现了廖坊水库的整个调度过程,6月21日洪水过程中,廖坊水库最大入库流量7020m^3／s,通过调度拦蓄洪量1．28亿m^3,以廖家湾站为控制目标,廖家湾站出现洪峰水位对应的廖坊水库出库流量为5110m^3／s,削峰率达27％;有效降低了抚河廖家湾站洪峰水位O．30m,产生了防洪效益。     

西霞院水库运用对小浪底站水文测报的影响

分析了西霞院水库抬高水位运行后小浪底水文站测流断面水力学要素及水位流量关系的变化情况,以及由此对小浪底水文站正常水文测报的影响。结果表明:①西霞院水库在蓄水位低于129 m运行时,对小浪底站流量测报影响较小;②西霞院水库的蓄水位达到131 m时,对小浪底站1 000 m3/s以下的流量测报精度影响较大;③西霞院水库的蓄水位达134 m时,对小浪底站2 500 m3/s流量级以下的洪水测报精度影响较大。针对这些影响,建议:①加密测验,控制水文要素的变化;②建设ADCP测流系统,提高测流质量;③研究复杂因素影响下的水位流量定线推流方法;④加强对测验河段、断面形态的监测。     

金沙江中游梯级水库联合消落优化控制

按照《长江流域防洪规划》和《长江流域综合规划》,金沙江中游已建的6座梯级水库(梨园、阿海、金安桥、龙开口、鲁地拉和观音岩)在7月1日前需消落至汛限水位,共预留防洪库容17. 78亿m3。分别采用判别系数和库群联合优化调度分析了金沙江中游梯级水库的消落次序,其中判别系数法的结果合理性较差,进而依据库群联合优化调度结果提出了金沙江中游梯级水库的消落方案。     

三峡-葛洲坝梯级水库兼顾航运需求的调度方式

三峡-葛洲坝巨型梯级水库虽综合效益显著,但由于汛期大流量(25 000~56 700 m~3/s)、汛/枯期电站调峰产生的下泄流量骤变、枯期小流量航深不足等引起的限航、禁航问题日益突出。在整合优化初步设计及现行相关调度方式的基础上,通过拟定不同的泄量控制、水位控制和调峰幅度等,分析了梯级水库对长江中下游枯期小流量情况下的补水能力,并提出了切实有效的兼顾航运需求的水库调度方式,可为三峡工程的航运安全、高效调度运行提供科学依据。     

基于物理栖息地模拟的长江中游生态流量研究

将Delft3D水力学模型和栖息地模型组成物理栖息地模拟模型以研究鱼类的生态环境。以长江中游宜昌至枝江河段为研究区域,以长江的重要经济鱼类四大家鱼为目标物种,结合流速及水深两个栖息地限制因子计算研究区域内不同流量下四大家鱼4个产卵场的栖息地面积,得到了流量与栖息地面积关系曲线。分析该曲线,结果表明：长江中游四大家鱼4—6月份产卵期间的最小生态流量为4 570m3/s,适宜生态流量范围为12 000~15 500m3/s。计算结果在传统水文学法界定的生态流量范围之内,分析认为该计算结果更加合理,可为四大家鱼的保护和三峡及葛洲坝工程的生态调度提供参考建议。     

西江洪水对北江防洪调度影响分析

1问题提出飞来峡水利枢纽的建成大大缓解了北江大堤的防洪压力,为充分发挥飞来峡水利枢纽工程的防洪效益,需对防洪调度方案作深入研究。目前,飞来峡水库防洪调度按近期方案运行:对大于20年一遇的洪水,水库控泄流量均为15 000m3/s,直至达到200年一遇防洪高水位,采用的是“经验控     

精细调度应对汹涌咸潮主动出击应对龙江镉污染

——精细调度应对汹涌咸潮.2011年12月15日,珠江三角洲咸潮肆虐,珠澳供水系统水库有效蓄水量仅有3 300万m3,春节期间供水安全难以保证;西江流域天生桥一级和龙滩两座大型骨干水库有效蓄水量26.71亿m3,对维持电网安全来讲,水量储备严重不足;西江上的长洲水利枢纽滞留900多艘船只,西江梧州水文站流量仅有900多m3/s,远远达不到1 400 m3/s航运最低要求.对此,珠江防总、水利部珠江水利委员会(以下简称"珠江委")在总结历次调度经验的基础上,充分考虑电网运行和骨干水库蓄水状况,结合当时潮汐活动规律,决定于2011年12月17-28日实施一次集中补水调度.通过调度龙滩、岩滩、长洲、飞来峡等水库加大上游来水,控制21-27日西江梧州水文站日均流量不低于1 800 m3/s,控制22-28日北江石角水文站日均流量不低于400 m3/s,保证长洲水利枢纽通航以疏导西江航道滞航船只,同时使珠江三角洲压咸流量达到2 200 m3/s以上.通过此次集中补水调度,2011年12月24日-2012年1月3日,珠澳供水系统主力泵站共抽取淡水1 552万m3,同时通过优化调度中珠联围联石湾等水闸群置换了2 000多m3的污、差水体,为珠澳供水安全储备了宝贵的水资源,大大缓解了澳门、珠海元旦和春节期间供水压力;集中补水期间,长洲水利枢纽共有2 674艘船只过闸,不仅疏通了长洲水利枢纽滞航的船只,而且有效疏通了上、下游各码头滞航船只.自2006年实施枯水期水量调度以来,经过多年的努力,珠江枯水期水量调度已由初始的应急调水压咸发展到兼顾经营生产的多赢并举,调度方案也由单一的水库补水发展到多元化的水库联调,形成了"前蓄后补""避涨压落""动态控制"等先进的调度理念,不但实现了保障供水安全的首要目标,还统筹了供水、生态、发电、航运、工程建设等多种效益.     

基于变异范围法的水库兴利调度方案生态环境响应评价

以乌溪江流域湖南镇—黄坛口梯级水库兴利调度为例,采用变异范围法,分别从月平均流量、年极端流量、年极值流量发生时间、高低流量频率及延时、日流量改变值及逆转次数5组水文指标,研究以兴利为主要目标的水库调度方案对下游河道生态环境产生的主要影响。结果表明:变异范围法能够将水文数据转换为具有生态意义的水文指标系列,进而可以用来评价水体的生态环境变化;以兴利为主要目标的水库调度方案,会对下游河道径流产生显著影响。     

基于改进遗传算法的生态友好型水库调度

以锦屏梯级水库为案例,从系统工程论的角度出发,将梯级水库作为物理系统,以年发电量为目标函数,建立了梯级水库调度优化模型。为减少水库调度对河道生态系统的影响,在鱼类栖息地模拟的研究基础上,引入目标物种的生态需水过程对调度模型进行动态约束,并采用改进的遗传算法进行求解。研究得到了满足目标鱼类生态需水条件下发电量最大的梯级水库调度策略,并对生态流量满足程度与工程效益损失之间的定量响应关系进行了研究,提出了折中方案选择的基本原则。