三峡工程运行后荆江河段适宜生态流量研究

适宜生态流量是维持河流生态系统健康发展的重要条件。本文借鉴IHA指标体系,选用月均流量和年最大/小流量作为代表性指标,基于三峡工程运行前水文序列,采用RVA法分析三峡工程运行后荆江河段流量过程的改变度,并计算同时考虑流量和水位的适宜生态流量过程。结果表明,三峡工程运行后荆江河段流量过程整体改变度为0.51~0.56。荆江河段适宜生态流量过程包括:上荆江1-12月月均流量分别为7347、6918、7307、9145、13052、18307、26489、22928、21855、17445、12381、8830 m^(3)/s,年最大流量为37800 m^(3)/s,年最小流量为6157 m^(3)/s;下荆江1-12月月均流量分别为4837、4818、5125、6700、10108、13363、19611、16731、15685、13277、8484、6003 m^(3)/s,年最大流量为30550 m^(3)/s,年最小流量为4359 m^(3)/s;三峡工程运行后,上荆江河段适宜生态流量满足程度低于下荆江。研究成果能为长江经济带水安全保障及水生态修复技术提供科学参考。

三峡工程运行背景下洞庭湖近25年来水生态环境的动态研究

三峡工程自2003年运行以来,对长江中下游水环境的影响备受关注。本研究基于25年来对洞庭湖11个点位的监测结果,分析了三峡工程运行背景下洞庭湖水情、水环境质量的时空变化特征,明确了洞庭湖水环境演变的主控因素。结果显示,1996—2015年,长江三口年均水量和输沙量分别为(1.83~10.46)×10^(10) m^(3)、(1.07~147)×10^(6) t,三峡工程运行后的入湖水量和输沙量分别降低了27%和87%;湖体主要水质指标总氮(total nitrogen,TN)浓度在1999—2022年显著上升,而总磷(total phosphorus,TP)浓度则明显下降,全湖处于中营养水平,而东洞庭湖则处于轻度富营养化水平;浮游藻类密度变化范围为(9.00~272.03)×10^(4) ind./L,且逐年上升,藻的优势类群逐渐由硅藻、隐藻向绿藻和蓝藻演替。整体来看,水文调节是维持洞庭湖营养平衡和水环境安全的关键要素。此外,加强农业面源污染控制,推进全面清洁生产,通过生境改善和生态修复来有效拦截入湖口及上游河流污染物是洞庭湖环湖经济带管理部门进行洞庭湖综合治理与水质提升的主要抓手。

三峡工程运行背景下洞庭湖及鄱阳湖湿地类型动态变化规律

洞庭湖、鄱阳湖湿地是长江中下游的两个天然通江湖泊湿地,具有重要的生态服务功能。总结三峡工程运行背景下两湖枯水期湿地类型动态变化规律及两湖水文情势变化规律,并分析两湖水文情势的改变对两湖湿地类型动态变化的影响。结果表明:两湖区域湿地类型及格局发生明显变化,2003-2009年水域及泥沙滩地面积呈减少趋势,植被呈扩张趋势,2009年后水域面积开始增加;三峡工程运行后两湖区域水文情势变化趋势相同,均为入湖水量、沙量减少,泥沙淤积明显趋缓,湖区枯水期水位下降;两湖水文情势的改变对两湖区域湿地类型及格局产生影响,2003年三峡工程首次实验性蓄水使两湖湖区枯水期水位显著下降,造成两湖区域水域面积的减少及洲滩暴露,2009年中小洪水调度后枯水期水位开始回升,水域面积呈增长趋势,对两湖区域越冬水禽生境造成较大影响。分析结果为三峡工程运行背景下两湖湿地的保护和生态恢复提供了理论基础。

三峡工程蓄水运用20年综合效益发挥与展望

三峡工程自2003年蓄水发电至今已运行20 a,初步设计主要功能全部实现,并适应运行条件变化和发展需求持续优化运行方式,防洪、发电、航运、水资源利用等综合效益全面发挥。截至2023年底,三峡工程累计拦洪运用66次,拦蓄洪水超2 088亿m^(3),确保了荆江河段防洪安全,极大减轻了长江中下游防洪压力;累计发出清洁电能超16 600亿kW·h,相当于节约标准煤5.1亿t,减少二氧化碳排放13.3亿t;极大改善了库区与长江中游航道条件,累计通过货运量超20亿t,有力促进了长江航运快速发展;枯水期累计向下游补水约3 400亿m^(3),有效保障了长江中下游供水安全;生态调度成效显著,四大家鱼资源量明显恢复。为了应对频发的极端水文事件带来的风险和挑战,确保三峡工程长期安全运行和持续发挥巨大综合效益,从推进气象水文预报技术研究与应用、三峡水库调度运行方案优化、创新成果转化运用、智慧化管理等方面提出了下一步工作展望。

三峡工程建设及其运行调度对秭归库首地区气象及生态环境的影响

三峡工程作为世界上最大型水利工程自2003年蓄水至今已有20年,但其对局地气候、生态等的影响仍不清楚,评估其对库区生态环境、气象及水资源动态的影响是保证三峡工程安全平稳运行的重要基础。本文通过秭归典型区水土保持监测站长期观测结果,从地面常规气象、典型径流场监测及老鹰沟小流域监测探讨三峡工程建成及其运行调度对库首地区生态环境的影响。结果表明,三峡工程三次蓄水后扩大了水域面积及库容量,导致年极端最高气温、平均气温和年平均最高气温均先下降后上升,且三次蓄水后的第二年降雨量均有所增加,提高了最低气温及地面温度,在一定程度上提高了宜居性;农业工程措施如间作白三叶草、黄花菜植物篱笆可以有效降低坡耕地径流量及径流泥沙量,降低农田有机质和氮磷等养分流失,对于减少面源污染、维持土地生产力具有积极作用;由于农业生产排放,老鹰沟小流域氮素平均含量为16.45 mg/L,氮素超标严重,应进一步强化环境管理,保护三峡库区水环境健康。综上所述,三峡工程的建设及其运行调度降低了局地年度气温波动幅度,对当地气候具有长期影响,合理农业工程措施有助于降低水土流失,仍需进一步完善环保措施,维持三峡库区生态平衡。

三峡工程泥沙问题研究进展与展望

泥沙问题是三峡工程的关键技术问题之一,关系到三峡工程设计成败和安全高效运行。在三峡工程论证、设计、建设和运行的各个阶段,针对重大的工程泥沙问题进行了系统和持续的监测与研究,为三峡工程成功建成与运行提供了重要科技支撑。本文系统阐述了三峡工程泥沙问题的研究历程与解决途径,对三峡水库蓄水运用以来入库水沙变化、水库淤积、坝下游冲刷、泥沙优化调度等方面取得的研究成果进行了分析总结。研究成果表明三峡工程泥沙问题及其影响基本未超出论证与初步设计的预测,处于安全可控状态。本文还根据新需求对今后泥沙问题研究提出了建议,包括梯级水库泥沙联合调度、泥沙变化的生态效益、泥沙监测技术提升等。

长江治理与保护创新发展暨三峡工程蓄水运用二十年学术研讨会在汉召开

2023年12月18日,长江治理与保护创新发展暨三峡工程器水运用二十年学术研讨会在武汉召开。长江水利委员会党组书记、主任、长江治理与保护科技创新联盟理事长刘冬顺出席会议并讲话,长江水利委员会党组成员、副主任、联盟副理事长吴道喜发布《长江治理与保护报告(2023)》,长江科学院党委书记、院长、联盟秘书长许全喜主持主会场会议。

发挥长江经济带关键骨干作用 促进三峡工程安全运行和库区高质量发展

三峡工程是“国之重器”,具有防洪、发电、航运、水资源利用等巨大的综合效益,是长江的骨干性、控制性水利枢纽工程,在长江大保护与长江经济带高质量发展中发挥了巨大的作用。按照习近平总书记关于三峡工程“一个标志、三个典范”的高度评价,文章准确把握了三峡工程和三峡库区在长江经济带发展中的关键骨干作用,深入理解了三峡工程安全运行和库区高质量发展面临的新形势新要求,合理确定了世界水工程安全运行管理典范、国家重要淡水资源战略储备库、生态优先绿色发展和谐稳定共同富裕示范区、人与自然和谐共生三峡新文化引领者等四大战略定位,系统谋划了促进三峡工程高水平安全运行和库区高质量发展的具体实施路径。

三峡工程蓄水及生态调度对下游水文情势的影响

本文以三峡水库下游宜昌水文站为研究对象,旨在分析三峡工程蓄水及生态调度对下游河流水文情势的影响,分别利用线性倾向估计法、曼肯-德尔(Mann-Kendall)法和水文改变指标(IHA)/变动范围法(RVA)分析法来对宜昌水文站进行趋势性分析以及情势变化程度分析,评价了长江中下游河段的水文情势改变程度。依据1882—2021年宜昌水文站的日流量数据,宜昌水文站在三峡水库蓄水及生态调度前后的整体水文改变程度分别属于中度改变与高度改变。

三峡工程运行后荆江河段分汇段航道水深资源及碍航驱动机制

系统解析长江中游河湖交汇区域航道水深资源的变化,可支撑“黄金航道”的可持续发展。本研究以洞庭湖-荆江交汇段为对象,研究洞庭湖分汇区域水沙条件、荆江河段滩槽演变与河湖交汇段航道水深资源的关系。研究表明:三峡工程运行以来,洞庭湖三口分流量和分沙量延续了三峡工程运行前的减少态势,伴随洞庭湖分流量减少,相对增加的长江干流径流量增强了河床冲刷强度,反馈使得洞庭湖三口分流量和分沙量均处于较低值;荆江河段河床冲刷给航道尺度提升奠定了有利基础,河湖分汇区域不满足4.5 m×200 m(水深×宽度)的长度为12.6 km,占荆江河段碍航总长度的68.35%。碍航驱动机制上:松滋口分流区段(枝城-昌门溪)的4.5 m水槽贯通但宽度不足200 m,汊道分流关系不稳定及洲滩萎缩制约航道条件稳定,枯水位下降及“坡陡流急”现象仍然严峻,不利于航道条件保障及船舶安全航行;太平口分流区段水位下降、洲滩萎缩、汊道交替发展使得枯水航路不稳定或水深不足4.5 m;藕池口分流区域的洲滩崩退、洲滩冲刷引起的向下游泥沙输移,碍航表现为航宽不足200 m或出现水深不足4.5 m的浅滩;洞庭湖入汇影响区段(熊家洲-城陵矶)受弯道冲淤特性、湖泊出流顶托作用等影响,航槽内出现水深不足4.5 m的浅滩,但顶托作用存在趋缓趋势,有利于航道条件的改善。

三峡工程运用后长江中游河床调整沿程变化特点

三峡工程运行后,坝下游河道发生持续冲刷。本文研究了长江中游(955 km)不同河段沿程演变差异及其原因。总体而言,河床形态调整幅度自上而下减弱,这是因为在河床持续冲刷过程中,水流含沙量沿程恢复,故越往下游冲刷相对缓慢。平面形态方面,长江中游岸线崩退及洲滩变形的强度均呈沿程减弱趋势,且在荆江河段最为显著。断面形态方面,河床冲深幅度在宜枝下段>荆江河段>宜枝上段>城汉河段>汉湖河段。理论上距离三峡工程最近的河段冲刷应最为剧烈,但由于宜枝上段床沙粗化显著,限制了冲刷的进一步发展。过流能力方面,宜枝河段由于距洞庭湖较远,并未受到入汇顶托作用,故其平滩流量的调整基本由进口水沙条件控制,并随着河床冲深下切而增大;对于荆江、城汉和汉湖河段,河床冲刷虽显著,但支流或湖泊的入汇顶托对平滩流量产生的影响大于前者,故平滩流量总体随上下游水位差同步波动。

三峡工程运行后水库下游弯曲河道演变规律

三峡工程运行后水库下游河道水沙过程发生较大改变,引起弯曲型河道演变规律调整,对河势稳定、防洪安全等可能产生不利影响。基于实测资料分析了三峡工程运行后水库河道下游典型弯道演变规律及其主要动因。结果表明,三峡工程运行后水库下游典型弯道段均出现“切滩”,其主要原因是进入各河段的泥沙尤其是细颗粒沙量大幅减少;而下荆江绝大多数弯道段出现“撇弯”的主要原因为月均径流量过程变异系数较大、弯道段本身弯曲半径较小。随着长江上游干支流梯级水库陆续运行,预计水库下游各河段月均径流量过程变异系数将继续增大,将可能引起目前未发生“撇弯”但弯曲半径相对较小的弯道段发生“撇弯”。

三峡工程运行对鄱阳湖区灌溉供水安全的影响

三峡工程建设运行后,长江中下游的水文情势发生了显著改变,进而影响了灌溉供水。为分析三峡工程运行对鄱阳湖区灌溉供水安全的影响,从供水水量和水位满足程度的角度,分别分析了三峡工程运行前后的水文水资源以及灌溉供水安全形势变化的情况。三峡工程运行后,鄱阳湖区水量整体减小,其中蓄水期9—10月份的湖区水量减少最为显著,湖区水位整体降幅达1.1~2.5 m;虽然湖区的总水量仍能满足灌溉以及供水的需求,但灌溉及供水水位满足程度显著下降,缺水量增多,灌溉供水水位平均满足程度由83.6%下降至42.7%,缺水量由7032万m^(3)增大至18611.25万m^(3),城乡供水的平均水位满足程度由99.1%下降至87.5%,缺水量由78万m^(3)增大至9385万m^(3)。通过三峡水库提前或延后蓄水,可提升供水能力约0.2%、0.3%,一定程度上缓解蓄水对9—10月份湖区灌溉供水的影响。

三峡工程运行安全综合监测成效与思考

三峡工程运行安全综合监测系统是我国首个重大水利工程长时序综合监测系统,具有持续优化、高度融合、积极共享的特点。监测工作已持续开展27年,在枢纽运行、水文泥沙、库区安全、水环境、生态安全、库区经济和对长江中下游影响等方面取得丰硕成果,在服务国家重大需求、行业管理需求、三峡工程运行安全宣传、智慧水利建设等方面成效显著。结合新阶段水利高质量发展要求,提出持续运行综合监测系统、不断提升监测系统监测能力、强化监测系统管理机制建设等相关建议,以期持续发挥三峡工程运行安全综合监测效益,保障国之重器安全运行。

后三峡工程时代的鄱阳湖湿地植被生产力演变

三峡运行以来,气候变化与人类活动共同驱动了鄱阳湖水文情势的急剧变化,并对其湿地植被产生了显著影响,但当前研究尚未系统量化鄱阳湖湿地植被在此条件下的演变规律与趋势。因此,本研究以增强型植被指数EVI(enhanced vegetation index)的时段最高值作为表征湿地植被生产力的代用指标,定量揭示了后三峡工程时代鄱阳湖湿地植被生产力的气候态特征及其变化,包括变化的量级、显著性及阶段性。结果表明:(1) 2000-2020年,鄱阳湖湿地植被EVI最高值在全年及春、秋两季分别为0.37、0.30和0.33,入湖河流三角洲及碟形洼地边滩是其生产力中心;春季EVI最高值在此区域高于秋季,而在湖心区低于秋季。(2)三峡运行后的湿地植被生产力变化在全年及春、秋两季均有极大空间异质性,在湖心深泓线附近显著增加,而在入湖河流三角洲及湿地边缘下降。春季EVI增长区域面积占比极大(84.2%),而秋季增长区面积占比较小(71.2%),即有较大面积区域EVI在秋季下降(38.8%)。(3)三峡运行后,鄱阳湖湿地植被生产力中心经历了原位增长、空间扩张以及湖心向转移3个阶段,最终完成了由支流三角洲向湖心区的转移。从总体来看,鄱阳湖湿地植被生产力在全年及春、秋季均呈增长趋势,增速分别为0.0035、0.0049和0.0028 EVI/a。本研究量化了后三峡工程时代的鄱阳湖湿地植被生产力变化,为该区域进一步的综合管理提供了数据支撑。

三峡工程运用后长江中游典型江心洲植被动态变化趋势及机制探析

受三峡工程运用的影响,长江中游水沙情势剧变,江心洲生境结构发生变化,洲上植被密度、活力和分布情况也随之改变。因此亟需开展针对江心洲植被的长期观测以厘清其对三峡调控的响应机制,从而制定有效的洲滩植被保护和修复策略。卫星遥感技术是开展长时间、长河段地貌观测的常用手段。目前应用卫星遥感技术监测江心洲植被动态的研究,主要聚焦于三峡工程运用对江心洲植被面积和覆盖度的影响,而较少深入探讨植物长势和分布模式的变化趋势。因此,本文以长江中游4个典型江心洲为研究对象,提出了一系列可用于反演江心洲淹没范围和滩面上植被动态的方法,并量化分析三峡工程运用对植被动态的影响。结果表明:(1)三峡工程运用后,江心洲整体淹没频率降低,部分原有边滩逐步满足耐水植物的生长条件,促使江心洲植被面积呈现增长的趋势;原分布在高滩上的不耐水植物逐步蔓延至低滩,导致江心洲植被茂密程度整体上升;(2)三峡工程运行前,2002年含沙量较大的漫滩洪水有促进植物第二年生长的趋势;而三峡工程运行后,2016年具有同样规模但含沙量减少近80%的漫滩洪水则有抑制植物生长的作用;(3)部分形态稳定的江心洲,其高、低滩植被分布模式之间的异质性受三峡工程运用的影响逐渐减弱,并在约10年后彻底消失。而形态产生明显调整的江心洲,其高低滩植被分布模式随地形产生一定的改变。

基于三峡工程运行影响效应的长江鱼类资源保护措施研究与进展

围绕为缓解三峡工程对鱼类资源影响而实施的鱼类栖息及产卵生境保护、生态调度、鱼类增殖放流、鱼类资源监测与科学研究等措施,结合历史及现状资料,总结实施情况及研究进展,分析面临的问题,并提出对应建议:今后应在流域层面规划并实施栖息地保护;在长江干支流联合梯级水库生态调度和鱼类全生活史周期关键阶段完成方面,优化完善现有的生态调度试验;在人工繁殖技术、人工放流技术、放流效果评价及实施管理策略等的完善和发展方面,形成适用于长江特定水域的增殖放流技术规范;研发整合生态调度、生态水网及过鱼设施等的江湖鱼类洄游连通性恢复技术;完善现有三峡工程监测站网布局,并对保护措施实施的科学性、规范化及效果性进行系统研究。

三峡工程运用后荆江与洞庭湖关系变化研究进展

荆江与洞庭湖之间存在复杂的江湖水沙交换关系,水沙变化引起江湖冲淤变化,进而影响长江中游地区的防洪安全与水资源利用等。三峡工程运用后坝下游水沙条件发生较大改变,江湖关系进一步调整。从江湖水沙关系变化、荆江特别是分流口门附近河道冲淤演变、三口分流洪道冲淤演变、洞庭湖区冲淤变化及城陵矶水位变化等方面,系统梳理了三峡工程运用后荆江与洞庭湖关系变化研究进展,得到以下结论:荆江三口分流量略有减少,分沙量大幅下降,藕池口河势调整较剧烈,进流条件有所恶化,洞庭湖由淤积转为微冲,湖区水位下降,城陵矶—汉口河段冲刷,城陵矶水位下降等,江湖水沙驱动机制仍存在一定不足,在荆江洪水位变化及洞庭湖未来演变趋势方面仍存在争议;指出了目前研究中存在的不足,如缺乏定量分析和系统性与完整性研究,并提出了下一步研究需重点关注的问题。

三峡工程高质量发展概念内涵和实施路径研究

三峡工程是国之重器,是当今世界综合规模最大的水利枢纽工程。在深入分析新阶段三峡工程高质量发展的重大意义、概念内涵和战略定位的基础上,研究提出了强化三峡工程运行安全管理、推进三峡库区生态环境保护与修复、持续推进三峡移民稳定发展、协调推进数字孪生三峡建设、完善三峡工程管理法治体制机制五大实施路径,可为今后一个时期三峡工程高质量发展提供思路与方向。

三峡工程水生态空间管控指标体系构建

构建三峡工程水生态空间管控指标体系是三峡工程空间管控的重要基础性工作。针对长江三峡工程水生态空间管控实施难、决策难等问题,在充分、全面汇总现有水生态空间管控的相关政策文件的基础上,梳理、归纳得到了包含93个指标的空间管控指标集;结合指标选取的科学性、适用性、考核运用便捷性、分级管控能力、监测计量基础等,对指标集进行了初筛,得到了一个包含22个指标的指标集;采用德尔菲法,对该指标集进行了3轮专家打分,确定了最终用来进行三峡工程水生态空间管控的8个指标:国控/省控断面水质达标比例、重点生物物种种数保护率、重要支流库湾水体富营养化程度、自然岸线保有率、地质灾害隐患治理率、重要生物栖息地保护率、调节库容保有率、坝前漂浮物量。此外,借助于德尔菲法和打分结果计算出了各指标的权重。研究成果对保障三峡库区生态安全、工程安全稳定运行、最大发挥工程效益具有重要的意义。