三峡水库蓄水运用前后坝下游水沙输移特性研究

根据三峡工程坝下游主要水文站的水沙实测资料,较系统地分析了包括三峡水库蓄水运用以来近50余年的坝下游干流与洞庭湖水系、鄱阳湖水系及支流汉江皇庄站的水沙输移特性.结果表明,三峡水库蓄水运用前,坝下游河湖水系总体表现为淤积,以洞庭湖淤积为最严重,洞庭湖四水及三口入湖沙量沿时间呈减小趋势,三口人湖沙量减小尤为明显,汉江因干支流水库、水土保持等工程的建设,输沙量减小超过1亿t,鄱阳湖出口湖口站径流量呈增加趋势,泥沙输移量则有所减少,五河年均来沙量大于湖口入江沙量;三峡水库蓄水运用以来,坝下游干流河道总体表现为沿程冲刷,洞庭湖区泥沙沉积量与沉积率均大幅度下降,汉江皇庄站自20世纪80年代以来年均输沙量变化不大,年均不到0.1亿t,湖口站年均输沙量大于五河来沙量.研究成果可供三峡工程坝下游河湖演变与治理研究等参考.     

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...     

三峡水库初期运用对长江中下游水文河道情势影响分析

三峡工程自2003年6月1日蓄水发电后,坝下游水文河道情势发生了较大变化.2003-2006年,长江中下游干流宜昌、汉口、大通水文站年均输沙量仅为0.702亿t、1.34亿t和1.63亿t,分别较多年均值偏小86%、67%和62%;各水文站悬沙粒径均有所变粗,尤以监利站最为明显,由蓄水前的0.009mm变粗为2006年的0.150mm.蓄水发电后,长江中下游河道冲刷强度明显增大,沿程枯水位有所下降.2002年10月至2006年10月宜昌至湖口河段平滩河槽冲刷量为6.14亿m~3,以基本河槽冲刷为主.宜昌站2006年汛后与2002年汛后比较,当宜昌站流量分别为4000m~3/s、10000m~3/s时,其相应水位分别下降0.07m、0.49m.     

长江向洞庭湖分水演变规律研究

长江自松滋口、太平口、藕池口、调弦口四口向洞庭湖分水,对洞庭湖防洪、水资源与生态环境有重要意义。本文利用三口五站的水文资料分析了包括分流比、断流天数、年内过程的变化趋势,利用水沙模型模拟结果分析了规划水平年分水量的变化趋势,并分析了三峡工程对分流比的影响。结果表明,受下游裁弯、干流水库的影响,长江向洞庭湖分水比例由50年代的30%下降到2000年以后的不足12%,断流天数不断增加,秋冬季节水量不断减少。未来水平年分水比例将进一步减少,三峡工程使这一趋势更为显著,枯水季节的水资源短缺将更为严峻。     

三峡水库入库泥沙数量已经、并继续大幅度减少——对"关于三峡水库入库泥沙条件的讨论"一文的回应

针对有文章对三峡水库淤积研究采用的来沙系列提出了异议[1],认为数量偏小,从而使淤积研究成果不安全,“要更多的‘居安思危’才是科学的态度”。本文对此专门予以回应。文中首先指出,在三峡工程论证和设计阶段,采用的1961-1970年水文系列较之多年平均值是偏大的,不是文献[1]所谓偏少。其次,也是更主要的,嘉陵江来沙大幅度减少,及金沙江下段的溪洛渡和向家坝两个电站水库的拦截泥沙,将使三峡水库入库泥沙在100年以内,减少约230×108t,占入库站寸滩来沙量的54.0%。相应的粗沙减少49.28×108t,占寸滩来沙量的80.7%。接着,指出金沙江一系列的水电开发的高坝水库,截断其来沙是长期的,这将是一个客观事实,任何理由也不能否认这一点。文中还提到了嘉陵江来沙减少原因、水库入库站的定义、以及近底层测验资料表明粗沙漏测的数量等专门问题,并指出这些都不是加大粗沙的理由。最后,论述了来沙减少对三峡水库淤积的影响,特别是变动回水区在相当长的一段时间,淤积还会大为缓解。若置100年内以及更长时间减沙的重大效益于不顾,反而提出要加大粗沙来量,这不是用“科学的态度”,或“居安思危”能够解释的。     

三峡水库汛期调度不确定性分析

根据三峡水库围堰发电期调度规程，考虑水文和水力不确定性，建立了防洪和兴利综合调度模型。采用宜昌站120年（1882年～2001年）的日流量资料，借助蒙特卡罗模拟，计算分析了防洪风险率和发电量，探讨了各种不确定性因素对调度结果的影响。结果表明，水文不确定性是影响调度结果的最主要因素。     

不同治理模式下黄河河口段冲淤演变的数值模拟

黄河河口为弱潮陆相河口,具有区间来水量少、来沙量高、河口延伸速度快的特征,进入河口的沙量对特定流路河口冲淤演变起主导作用。在前人研究基础上,认为预测河口段河长延伸值必须考虑陆上和滨海淤积量的共同影响,再基于1958年汛后—2000年汛后利津以下实测资料建立了河口段各部分累计淤积量与利津站累计来沙量的相关关系,利用准二维水沙数学模型对黄河下游及河口段进行耦合模拟,在年均来沙3亿t、6亿t和8亿t这3种设计水沙系列条件下, 计算了黄河下游小浪底—河口段现状治理模式和“两道防线”治理模式对黄河河口各部分累计冲淤量、西河口以下河长延伸值等特征量的影响。其结果表明：黄河河口段未来50年在现状治理模式和“两道防线”治理模式下均呈淤积趋势,在三种水沙条件下“两道防线”治理模式的河口段淤积量较之现状模式增淤量分别为2.10亿t、3.48亿t和4.20亿t;同时,“两道防线”治理方案中设置的防护堤对西河口以下河长有明显影响,与现状模式相比河长延伸值分别增加1.27 km、2.07 km、2.49 km。     

长江中游卵石夹沙河段二维水沙数学模型

针对长江中游宜昌至枝城河段卵石夹沙河床级配分布宽等特点,建立了非均匀悬沙、底沙二维数学模型,尤其是考虑了底沙的不平衡输移及冲淤过程中床沙的级配调整问题,对计算中的关键问题提出了处理方法,利用水文、泥沙及河床变形资料对模型进行了水面线、流速分布及冲淤过程的详细验证,尤其是进行了葛洲坝水利枢纽运用后、1998年洪水前后及三峡工程运用后的验证.在此基础上,根据设计单位一维数模提供的水沙边界条件,预测了三峡工程蓄水初期该河段的冲刷量、分布及床沙粗化过程.     

三峡工程运用后沙市段洲滩形态调整特点分析

为了研究三峡工程运用后沙市河段的洲滩调整过程,采用该河段1999—2016年实测水沙地形资料及2003—2016年从卫星遥感影像中提取的洲滩面积数据,定量分析了该河段的洲滩形态调整特点及影响滩体面积变化的相关因素。计算结果表明：三峡工程运用后,沙市河段洲滩整体呈逐渐萎缩趋势,其中太平口心滩先淤后冲,滩体面积（30 m等高线）在2010年达到最大值（2.38 km2）,至2016年滩体面积较最大值减小约62.6%;三八滩与金城洲持续冲刷,其滩体右缘均有明显崩退,2016年滩体面积（较2002年）分别减小了约91.2%和70.1%;腊林洲边滩对沙市河段心滩调整的控制作用在2003—2010年间逐渐减弱,2010年后太平口心滩、三八滩及金城洲明显出现相互影响的现象。此外还建立了太平口心滩、三八滩及金城洲的滩体面积与前5年平均的汛期水流冲刷强度的幂函数关系,用于反映滩体面积随水沙条件的变化过程。     

三峡库区水沙运动及环境灾害变化特点初步分析

三峡水库自2003年蓄水以来,积累了大量实际观测资料,为研究库区水沙运动特性及环境问题提供了有利条件.本文基于水库实际运用情况,对水库蓄水后的洪水波传播、悬移质泥沙运动、库区富营养化以及库岸滑坡灾害等的主要变化进行了初步分析,表明三峡水库蓄水运用后,这些方面发生了较大的改变,并呈现出新的特点,对三峡工程的长期运行有一定影响,其中反映的重要问题值得深入研究,并在今后的工程运用中应给予足够的重视.同时分析结果也为今后这些问题的研究提出了一些探讨性的方向和途径.     

基于4G的径流泥沙远程监测云平台设计

径流泥沙含量是衡量土壤侵蚀程度的重要指标,对径流泥沙的在线实时监测是水土保持工作的一项重要内容。针对当前径流泥沙监测自动化、信息化程度低,无法实现远程无人监控的问题,设计了一种基于4G的径流泥沙在线远程监测系统。现场设备实时采集的含沙量、降雨量、径流量等数据通过4G无线网络远程传送至云平台,实现对所采集数据的显示、存储、统计和分析,用户登录此平台即可实现对径流泥沙含量的远程实时监控。应用结果表明系统运行稳定,可实现对径流泥沙的远程无人监测,对提高水土保持系统的信息化水平具有重要意义。     

河川径流演变的非趋势波动分析

运用非趋势波动分析法,对黄河上游河川径流近百年月平均流量序列进行了分析,揭示了河川径流的长程相关性及其内在规律性。研究结果表明:黄河上游近百年河川径流序列波动的标度指数a=0.5862,存在内在的正长程相关性,长程幂律关系至少可持续54月或4.5年;大于54月尺度区间的标度发生改变,可能是不同时空尺度下信号突变或序列长度受限所致,这也从某种程度上体现了河川径流系统演变过程中复杂的物理机制。     

河川径流混沌特征分析

在对混沌理论及其在径流系统应用的适应性分析的基础上,提出河川径流混沌分析方法;以黄河为研究对象对月径流序列进行相空间重构,并进行混沌特征识别和分析,得到如下结论：天然月径流比实测月径流的饱和关联维数要大,要恰当描述实测月径流序列的变化特征,进行动力系统建模,最少需要4个独立变量,最多需要8个独立变量,要描述天然径流序列则最少需要5～6个,最多需要12个独立变量;同一水文站、同一时期的实测径流序列和天然序列的混沌特征不同;下游的混沌特征要强于上游;从上世纪五十年代到本世纪初黄河干流月径流的混沌特性比上世纪二十年代到上世纪七十年代月径流的混沌特性要稍强;所采用径流时间序列的长、短对混沌特征的识别有影响,序列越长,所表现的混沌特征就越强。黄河径流具有混沌特征,为径流系统的建模和混沌预测提供了依据。     

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。     

黄河上游径流动态变化趋势预测

本文在综合各种信息后 ,认为应当把水资源的有限性和径流过程的非线性作为径流长期预测的重要前提 ,并在此基础上首次建立了对径流进行长期趋势预测的生命旋回模型。通过黄河上游贵德站和兰州站实例验证表明模型预测精度较高 ,符合规范要求。利用该模型定量预测贵德站和兰州站未来 10 0年径流量 ,结果表明黄河上游径流变化有减小趋势 ,这一结论为黄河上游梯级电站的规划、设计和运行管理提供了科学的依据     

基于V/S分析的河川径流长记忆性研究

针对河川径流的复杂波动性,将V/S分析引入到河川径流中进行长记忆性研究。通过V/S分析计算黄河上游兰州站和贵德站年径流序列的Hurst指数,与R/S分析进行比较,并进行稳定性与短期相关性检验,结果表明：兰州站、贵德站年径流序列V/S分析的Hurst指数均大于0.5,表明两站均具有较强的长记忆性,相对于R/S分析不易受短期相关性的影响,是一种稳健有效的分形方法,为河川径流长记忆性分析提供一种新的思路和方法。     

基于马尔科夫链模型的小金川河流域径流形势预估分析[ 国家重点研发项目资助（2018YFB0905204）]

为了分析小金川河流域中长期径流形势,本文尝试利用马尔科夫链模型进行年径流形势预估,结合历史径流的丰枯变化,计算丰水年、平水年、枯水年相互转变的马尔科夫转移概率,在此基础上,可根据当年来水情况实现对木坡电站下一年径流形势的预估分析。以2018年木坡电站的丰枯形势预估为例,经验证,该径流形势预估分析方法具有较强的实用性,为径流形势预估分析提供了一种切实可行的思路和方法。     

长江源典型辫状河道边滩变化及与径流量的关系

长江源宽谷辫状河道宽达1 ~ 3 km,河道两侧广泛分布边滩,其边滩形态受径流量变化的影响较大。结合Landsat遥感影像与水文数据,对长江源辫状河道内的边滩形态进行对比分析,发现边滩可分为稳定边滩、亚稳定边滩和活动边滩。定义边滩变化百分比为活动边滩短时间内的冲淤程度,活动边滩在枯水期发生冲刷的边滩变化最大百分比为80%,发生淤积的边滩变化最大百分比为300%。影响活动边滩变化的因子包括径流量及高水位水流持续时间。边滩面积的骤减是由于洪水期漫滩水流在边滩上冲刷并形成新汊道,水流沿新汊道的冲刷与切割作用促使原边滩分离成新边滩和新沙洲;枯水期汊道水位下降并且发生淤积,沙洲与边滩合并使边滩面积骤增,导致边滩变化百分比剧烈增加。     

土地利用变化对东江流域径流量的影响

依据东江流域1980年和2000年两期土地利用现状图,采用改进的SCS月水量平衡模型,以顺天、蓝塘、九州及岳城4个子流域逐月实测水文资料为输入,进行模型率定和验证,并对各子流域不同土地利用情景下的径流进行了模拟。结果表明：1980年以后,流域城镇化面积显著增加,林地大幅度减少,耕地有所增加,水域和未利用土地面积变化不大;改进的SCS月水量平衡模型在东江4个子流域模拟效果总体较好;由于土地利用的变化,东江4个子流域月均径流量、最大月径流量和汛期径流量都有不同程度的增加。     

基于改进深度信念网络模型的中长期径流预测

为提高流域中长期径流预测效果,提出径流综合指数构建、因子筛选和改进深度信念网络模型相结合的预测方法。首先研究不同水文站点(细粒度)月平均径流的一致性,构造流域径流综合指数(粗粒度),在较宏观层面研究流域水情丰枯变化;接着采用基于信息熵的因子筛选方法,获得影响流域水情丰枯变化的关键因子集,形成深度学习的输入;然后利用改进的深度信念网络(IDBN)模型进行预测。以雅砻江流域为例,将所建模型与多元线性回归、自回归移动平均、反向传播(BP)神经网络、支持向量机和传统深度信念网络等预测模型进行对比分析。结果表明:所提方法具有较好的实用性,且IDBN模型具有更好的预测速度和精度。研究结果可为流域中长期径流变化趋势预测提供参考。