库区洲滩生境改造方案优选——以王甫洲水库为例

低水头梯级水库中流速较缓且水深较小而导致水草灾害发生是近些年水库管理中出现的新问题。为在发生伊乐藻灾害的王甫洲库区通过实施局部地形改造而塑造不利于伊乐藻生长的水文环境,并能对每一改造方案实施前后水动力强度的变化进行定量评价,同时综合考虑各改造方案在每一区域的水动力提升效果、对环境的影响和改造效益,选取各区域最优改造方案,提出了水动力提升率概念用以描述改造前后水动力强度的变化,并建立了基于熵权-TOPSIS的地形改造方案优选模型对各区域的每一方案进行评价优选,取得的主要结论如下:①在周期流量下,在区域A改造方案1水动力提升率仅为5.16%,远不及方案2和方案3的59.15%和63.62%;在区域B和区域C,方案1水动力强度出现减弱,方案2和方案3对区域B的水动力提升率分别为16.02%和20.19%,对区域C的水动力提升率分别为45.47%和51.99%,均较为接近。②熵权法得到3个区域各指标的权重均为改造效益>平均改造深度>水动力提升率。若综合考虑水动力提升率、对环境的影响和改造效益,TOPSIS模型计算的综合评价指数均为方案3>方案2>方案1,方案3均是每一区域综合评价下的最优改造方案。

长江中游城陵矶—武汉河段稳定航深计算方法改进

航道稳定航深计算是充分利用航道水深资源的前提条件,改进稳定航深的计算过程对估算航道水深潜力有重要的意义。为计算长江中游城陵矶—武汉河段航道最大稳定水深,改进了稳定航深估算法中的河相关系参数、水深修正系数及分流比计算过程,同时综合考虑分汊河段和非分汊河段的稳定航深,最后确定了城陵矶—武汉河段在不同流量、不同河宽下的稳定航深。研究结果表明:(1)通过构建城陵矶—武汉河段流量Q与河相系数α、形状系数k、河相指数β、河宽B的经验关系,可简化改进稳定航深估算法的稳定航深计算过程。(2)城陵矶—武汉河段在98%设计通航保证率流量下,150、200、250 m航宽尺度下基于自然禀赋的稳定航深分别为5.98、5.64、5.30 m;在20 000 m^(3)/s流量下,150、200、250 m航宽尺度下的稳定航深分别为12.56、11.89、11.22 m;在30 000 m^(3)/s流量下,150、200、250 m航宽尺度下的稳定航深分别为16.81、16.16、15.49 m。

基于图神经网络的水富—宜宾航道多站点水位预报模型

受到岷江、横江影响,向家坝下游水富—宜宾段水位变化特性复杂,干支流间水位、流量数据属于多维时空数据。研究选取spectral temporal graph neural network(StemGNN)时空图神经网络用于向家坝下游多站点水位预报,结果表明:该方法适用于研究区域的多站点水位预报,未来1、8 h模型预报性能较优,在向家坝站、宜宾站、李庄站3处的最大预报误差约为0.5 m。StemGNN特点是能够从输入数据中自动提取河网结构信息,体现研究区域的汇流特性。横江流量对于研究区域水位流量影响较小;向家坝水库水位、横江水位、高场水位代表研究区域前期的水位情况,高场流量作为较大的流量输入,对于研究区域水位流量影响较大。研究成果可为近坝段、支流入汇等水位变化特性复杂河段的多站点水位预报提供新思路。

长江干线中下游航道枯水位变异特性研究

为深入认识长江中下游枯水情势发生的复杂变化,采用水文变异诊断系统对宜昌、沙市、汉口、大通等重要控制站点的枯水位进行分月变异特性研究。结果表明:宜昌站枯水期发生中、强的变异;沙市站发生强、巨的变异,变异程度最强;汉口站发生纯随机(无变异)至强变异;大通站发生纯随机(无变异)至中变异;各站点10—11月均发生向下的变异,与2003年相比,2021年汛后宜昌、沙市、汉口站水位(流量)分别下降了0.76 m(6000 m^(3)/s)、2.82 m(7000 m^(3)/s)、1.66 m(1万m^(3)/s),大通站则未发生明显变化,其对航运的潜在影响需加强分析。

长江中游熊城段水流特性研究

针对长江中游熊城段碍航水流问题,采用数学模型对该河段水流特性进行研究。结果表明:因河道弯曲狭窄、洲滩不高,且受洞庭湖出流影响,熊城段水流三维特性明显,存在横流、环流、回流等多种水流结构,对船舶航行影响大;在干线来流量2.5万~3.0万m3/s且洞庭湖水位偏高时,易发生船舶事故,应提醒船舶谨慎航行。

汉江王甫洲库区伊乐藻综合治理措施效用分析

为评估生境逆改造和生态调度相结合的方式对治理汉江王甫洲库区伊乐藻灾害的有效性,建立了研究区间的二维水动力模型,提出了水动力提升率这一概念,从典型断面、流场等方面对生境逆改造效果进行了定量分析,并对生境逆改造后的生态调度流量和方案进行了讨论。结果表明:①生境逆改造后断面特征点的总体水深增加达1.31 m,流速分布更加均匀,静水点个数显著减少。②改造后研究区间在枯水流量时水动力提升率最大,为44.55%,洪水流量时提升最小,为26.77%,周期提升率为35.59%。③生境逆改造之后的生态调度峰值流量调整为613.72 m^(3)/s时,即可达到现有调度方案短时增至1100 m^(3)/s时的水动力提升效果,一次生态调度相较于现有调度方案可节约丹江口水库水量4.2亿m^(3),且相同最小流量下水动力提升率达17.2%。

丹江口—王甫洲区间河道伊乐藻灾害原因与治理措施初探

沉水植物的大规模生长会给河道、湖泊和水库发挥水利功能带来严重危害,伊乐藻便是其中一种在全球广泛传播,并给世界多国带来经济和生态等多种不利影响的沉水植物。2017年和2019年丹江口—王甫洲区间河道爆发伊乐藻“草灾”,严重影响了王甫洲水电站的发电、航运、供水等功能发挥,并对泄洪以及区域水质和水生态安全造成威胁。调查分析了伊乐藻生长时空特征、灾害原因及其影响,基于国内外沉水植物治理措施,结合丹江口—王甫洲区间河道伊乐藻生长特性以及水生态环境保护等方面的要求,提出了生态调度和局部地形改造的物理治理方法,塑造不适宜伊乐藻生长的地形和水动力环境,从而在根本上抑制伊乐藻的生长繁殖,破解伊乐藻“草灾”难题。

基于多功能航标监测数据的流态复原应用研究

应用多功能航标的实测数据建立平面二维水流数学模型,准确复原所在河道流态,分析了模型的可适用性及可调整性,结果表明:1)模型适用性较强,在初始条件、边界条件匹配和不匹配时,模型均可应用多功能航标实测数据实现对河道的流态复原,其中水位误差在10 cm以下,流速误差约0.2 m s,流场复原与实际情况相符。2)模型具有较好的参数可调整性,不同情况下依据多功能航标数据通过局部参数微调即可完成模型的率定。

长江城陵矶—武汉河段航道最大稳定航深研究

为探明城陵矶—武汉河段的航道水深资源,根据每一水道的河相关系参数对研究河段进行区段划分,并采用稳定航深估算法对不同区段的航道最大稳定航深进行计算,进而确定研究河段的航道最大水深。结果表明:研究河段依据水道河相关系参数变化规律,可自上游至下游分为仙峰水道—新堤水道、石头关水道—簰洲水道、水洪口水道—白沙洲水道区段;这3个区段在98%设计通航保证率流量、航宽200 m下的航道最大稳定水深自上而下分别为6.133、11.268和6.433 m,故城陵矶—武汉河段在200 m规划航宽下基于自然禀赋的最大稳定航深为6.1 m。

长江下游武汉—安庆河段中洪水期航道尺度潜力研究

现有长江航道尺度研究聚焦于枯水条件下航道最小维护尺度,对中洪水期航道尺度缺乏相应的研究。本文基于三峡175 m蓄水运用以来水位及地形变化特点,提出以三峡175 m试验性蓄水以来至2021年底当月最低水位作为可利用水位,叠加近年来中洪水期最不利地形的核查方法,筛查出重点水道并结合实测尺度,探讨航道尺度提升潜力。结果表明:核查方法对中洪水期航道尺度潜力分析的适应性良好,长江下游武汉—安庆河段在枯水维护的基础上,具备在中洪水期利用自然水位提升航道维护尺度的潜力。

三峡水库入库水沙变化规律及驱动因素分析

基于流域内1956-2018年长序列实测径流泥沙资料,利用M-K突变检验、双累积曲线等方法分析了三峡水库入库水沙不同时段变化规律,确定了减沙的主要因素,进而采用产沙函数模型结合灰色关联分析量化计算各因素对减沙的贡献比并对比例变化进行了简单预测。研究结果表明:径流量无明显的趋势性变化,年际间输沙量呈减小的趋势,年内泥沙输移量的减少主要集中于汛期。1993年和2003年分别为减沙趋势显著增强的起始年份和泥沙序列减沙速率持续加快的突变点。1993年以来,水库拦沙的减沙贡献量超过50%。今后较长时期水库拦沙仍将是主导性减沙因素,近期水保工程和降水的减沙比重分别有所上升和下降,预计之后将分别有所下降和维持在较低水平。