三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位研究Ⅱ——风险分析与运用方案

乌东德、白鹤滩水库投运后,长江上游水库群联合防洪调度为进一步提高三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位创造了有利条件。为提高三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位,针对金沙江下游梯级防洪库容投入运用条件,基于三峡坝址不同典型年的不同频率设计洪水,开展了荆江防洪和库区回水风险分析,提出了金沙江下游梯级配合三峡水库的等比例分级拦蓄方式,在确保荆江及库区防洪安全的前提下,提出了三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位优化运用方案,给出了金下梯级预留防洪库容与三峡水库对荆江防洪库容的等效关系。研究结果表明:提出的等比例分级拦蓄方式综合了拦量和削峰两种模式,有效利用了金下梯级防洪库容,调度效果最好;提出的水位优化运用方案具备较好的防洪减灾效果,丰富完善了长江上游水库群联合防洪调度方案,可进一步减少中下游超额洪量。研究成果可为长江水库群实际洪水调度提供技术支撑和决策参考。

荆江陈家湾—突起洲分汊段河道演变与趋势分析

三峡工程的运行极大减轻了荆江的防洪压力,同时改变了河段水沙条件,导致荆江持续发生剧烈冲淤变化。荆江陈家湾—突起洲段为典型微弯分汊河型,滩槽格局调整、主支汊易位将直接影响航道运行和防洪安排。基于三峡工程运行前后长系列水文与河道原型观测资料,揭示河段水沙变化与河床冲淤响应特征,分析河道形态尺度年际变化过程,总结河道演变规律及趋势。结果表明:三峡工程运行后,沙市站平均年输沙量下降85%,河床冲刷3.1亿m^(3)。以太平口—三八滩汊道段滩槽变化最为剧烈,主流走势由北转南。2011年后,三八滩与腊林洲边滩守护工程基本遏制了“太平口心滩南槽南靠、三八滩南汊北提”趋势,但该段河床随即再次调整,近期又表现出“南槽北扩、南汊南扩”的新情势。同时,由于三八滩南汊发育、北汊分流比降低,北汊长江大桥下的通航问题日益突显,如何解决碍航问题,仍需进一步开展研究。

洞庭湖出流对荆江河段洪水位顶托影响分析

荆江河段洪水位受洞庭湖出流顶托的影响,研究顶托影响的幅度和范围有助于深入认识长江干流荆江河段的防洪形势。基于实测水文资料设计了长江干流与洞庭湖不同的洪水遭遇组合,通过建立长江干流宜昌—大通的一维河网数学模型,分析了不同洪水遭遇组合下洞庭湖出流对荆江河段洪水位顶托壅高幅度及壅高影响范围。结果表明:荆江河段洪水位顶托壅高幅度与城陵矶出流强度呈正相关,顶托影响随着上游距离的增大而逐渐减小;荆江河段洪水位顶托影响范围与城陵矶出流强度呈正相关,考虑最不利的遭遇情况,对上游河段的影响范围至少到沙市。

长江三峡水库坝下游荆江段断面形态冲刷调整成因分析

长江三峡水库建成后,下游河段将发生长时间累积性的冲刷。由于边界条件的不同,不同河型河槽断面形态的冲刷调整特点存在差异。本文基于2003—2018年长江三峡水库坝下游荆江段实测河道断面形态资料,选取典型顺直河型、弯曲河型和分汊河型的典型断面,计算断面宽、平均水深和宽深比等断面形态特征参数,分析不同河型断面形态冲刷调整的异同,并探讨其成因。主要发现:1)不同河型的断面形态调整存在一致性和差异性。不同河型的平滩河槽断面总体向窄深化方向发展;顺直河型、分汊河型的枯水河槽断面宽深比总体减小,断面亦向窄深化方向发展;而弯曲河型的枯水河槽断面宽深比以增大居多,即断面总体宽浅化。2)平滩河槽和枯水河槽断面宽深比调整差异主要受水流动力轴线摆动范围控制。顺直河型、分汊河型水流动力轴线摆动范围覆盖平滩河槽与枯水河槽,即冲刷集中于平滩河槽和枯水河槽,两者均呈现窄深化特征;弯曲河型水流动力轴线摆动范围位于平滩河槽内,却超出枯水河槽,汛期摆到凸岸边滩上并冲刷凸岸边滩,枯水河槽显著展宽,凹岸深槽淤积,断面向宽浅化方向发展,且初期凸岸边滩宽度越大,宽深比变化率越大。3)蓄水后水流动力横向摆动范围缩小且水流冲刷动力集中,宽浅河段受水流冲刷下切的影响更显著,加上宽浅河段的河床组成相对较细,抗冲性弱,导致蓄水前宽深比越大的断面,蓄水后宽深比变化幅度也越大。

荆江河段沙市(二郎矶)站水位流量关系单值化方案优化分析

为提高荆江河段沙市(二郎矶)站水位流量关系精度,利用沙市(二郎矶)站2015~2020年水位、实测流量资料以及辅助水尺断面水位资料,对现有落差指数法中的参数进行分析优选,优化校正流量计算公式。结果表明:使用优化后的参数计算的沙市(二郎矶)站水位校正流量关系点更为集中,定线更为简洁,且精度可靠,满足国家相关规范要求。研究成果可为减少流量测次、提高测验效率、简化水文资料整编工作提供参考。

长江中游荆江河段2020年与1998年洪水对比分析

为提高荆江河段洪水防御水平,采用2020年、1998年实测洪水资料,从洪峰水位、流量、主要控制站径流量、洪水时段洪量、主汛期水面线等方面,比较分析了长江中游荆江河段2020年洪水与1998年洪水,并研究2020年长江中游荆江河段洪水位成因。结果表明:荆江河段2020年洪峰、洪量与最高水位小于1998年。造成2020年荆江河段洪水的主要原因为上游来水量大、荆江三口分流比减小以及洞庭湖顶托影响。长江上游水库群洪水期间,联合调度发挥巨大的作用,有效削减了洪峰、洪量,缩短了高水位时间,提高了抵御洪水的能力。研究成果可为荆江河段防洪减灾、水文测报、江湖治理等工作提供技术支撑。

一维洪水演进数学模型研究及应用

从求解一维对流方程的Holly-Preissmann格式出发,结合有限差分法建立了一维洪水演进数学模型.并根据实验室溃坝实验结果与溃坝理论解对新建模型的计算精度进行了分析,模型计算结果与实验结果及溃坝理论解均十分吻合,表明模型具有相当高的计算精度.最后将模型应用于长江荆江河段洪水演进计算,取得了较好的结果.

荆南河网衰退机理研究

本文分析了近50年来荆江三口分流分沙的变化规律;从荆江与洞庭湖的演变、下荆江裁弯、葛洲坝和三峡水库的蓄水运用以及城陵矶站水位抬高等方面分析荆南河网衰退的原因。研究结果表明,江湖关系变化调整与三口分流道泥沙淤积是荆南河网衰退的根本原因;下荆江裁弯、洞庭湖面积与容积的减小、葛洲坝和三峡水库的蓄水运用以及下荆江河势控制工程等加速了荆南河网衰退的进程。

荆江河段与洞庭湖水系的采砂量计算分析

针对当前荆江河段和洞庭湖水系严峻的采砂形势,根据遥感影像和本地区历年水泥产量,采用体积计算公式、水泥产量估算法、采砂船只估算法这3种方法计算荆江河段和洞庭湖水系的年采砂量,并对3种计算结果的误差进行分析。结果表明:2015年荆江河段年采砂量约(2.6～3.0)×107t,近5 a的采砂量变化较小;洞庭湖区及湘资沅澧四水水系的年采砂量约1.3×108t,近3 a的采砂量变化较小。本计算结果对于定量估算荆江河段和洞庭湖水系的采砂量,加强采砂管理具有参考价值。

长江荆江段的渔业生态环境评价

1997—2002年,对长江荆江段青、草、鲢、鳙产卵场的水环境质量和浮游生物状况进行了调查,并用河流水质综合评价方法和Kolkwitz&Marsson体系法进行了评价。结果表明:在每年5—6月份的青、草、鲢、鳙繁殖季节,仅个别采样点铜或石油类超过渔业水质标准,该江段水质基本符合渔业水质标准和地表水环境质量Ⅱ类标准,能满足青、草、鲢、鳙繁殖对水质质量的要求。浮游生物的指示性表明其水体属于β中污带。

荆江裁弯造成藕池河急剧淤积与分流分沙减少分析

本文通过对下荆江裁弯前后实测水文资料的分析 ,说明裁弯后荆江水位下降造成了藕池河急剧淤积及分流分沙迅速减小 ,并且对淤积厚度和分流分沙减小值进行了框算 。

ARIMA模型在预测长江靖江段沿岸鱼类渔获量时间格局中的应用

长江靖江段处于长江下游及河口段的交汇地带，是长江河口地区渔业资源养护的重要水域。2002—2006年，在靖江沿岸用一部定置张网每日采集，共获得鱼类3514．84kg。5年的月平均渔获量为58．59kg，以6月最高，达108．61kg；12月最低，仅为31．57kg，呈现出典型的非平稳时间序列。月渔获量经自然对数转换和一次季节差分后，获得了一组平稳的随机序列。按照残差不相关原则确定模型结构，依据Akaike信息准则（AIC）与Schwarz贝叶斯信息准则（SBC）确定模型优度，用SPSS V13．0软件对2002年1月至2006年12月的月渔获量进行ARIMA建模拟合。结果表明，模型为ARIMA（1，0，0）（0，1，1）12（不含常数项），方程为（1—0．327B）（1-B^12）Lnyt=（1—0．825B^12）et的残差是白噪声（P〉0．05）。该模型对2003—2006年渔获量的拟合精度为71．49％～83．28％，较好地拟合了既往时段的渔获量。对2007年逐月渔获量预测的相对精度为58．64％～99．44％，年相对精度达81．60％，表明该模型能有效应用于长江口沿岸渔获量的预测。

长江荆江河段滩槽演变与航道水深资源提升关系

长江是中国的“黄金水道”,通过系统性航道整治和疏浚维护,长江荆江河段航道水深已由2002年的2.9 m提升至2020年的3.5~3.8 m,但仍低于上游三峡大坝库区(4.5 m)及下游河段(4.5~6.0 m),航道水深与上下游不衔接且制约长江航道综合效益发挥。为了适应上下游航道水深,需提升荆江河段航道尺度,亟需明确航道水深资源、碍航特征与河道演变等关系。以长江荆江河段为对象,分析1960—2020年水沙及地形等资料,开展长江中游荆江河段滩槽演变与航道水深资源提升关系研究。研究表明:三峡工程运行后荆江河段以枯水河槽冲刷为主,冲刷量占全部冲刷量的90.97%,江心洲和边滩面积减少18.3%,其中江心洲、边滩面积减幅分别为9.4%和24.9%;在河床冲刷与航道整治工程实施条件下,以4.5 m×200 m(水深×宽度)进行航道尺度核查,荆江河段碍航总长度占全河段5.3%;4.5 m水深碍航特征包括砂卵石河段枯水位下降幅度高于河槽下切深度引起航道水深不足,沙质河床内弯曲河段“凸岸侧边滩冲刷、凹岸侧深槽淤积”引起滩槽形态及航道边界不稳定,以及分汊河段内洲滩萎缩与汊道间不均衡冲刷引起枯水航路不稳定及水深不足。

三峡水库蓄水运行后荆江河道特性变化研究

由于三峡水库的蓄水运行、上游建库和水土保持工程的逐步实施,三峡水库入库泥沙量和出库泥沙量均出现大幅减少,坝下游河道将在较长时期内产生较大幅度的沿程冲刷,荆江河段首当其冲。根据三峡水库蓄水运行后荆江河段实测资料,分析了荆江河道特性变化情况,并结合数学模型计算成果,从河型、河势和河床形态等方面对荆江河道特性变化趋势进行了预估。研究结果表明:三峡水库蓄水运行后,荆江河段河道特性总体不会有重大改变,但各河段河势将在长时期内有不同程度的调整,河势调整过程中相应岸段崩岸在所难免。为保障荆江的防洪安全,维护健康长江,促进人水和谐,针对本河段河道特性的变化情况,提出了应对建议和措施。

考虑河道整治工程影响的一维水沙数学模型及其应用

在冲积河流上,各类河道整治工程的实施一定程度上会影响河床的演变过程.本文通过改进现有的一维水沙数学模型,重点研究护岸及护滩(底)这类限制河床进一步冲刷的整治工程对水沙输移及河床冲淤变形的影响.首先对固定断面的各节点采用特定的代码进行标记,以此区分河漫滩、有或无整治工程的主槽区域.然后对悬沙输移及河床冲淤变形模块进行改进:当断面发生淤积时,其形态调整不受整治工程的影响,淤积量将在整个断面上进行分配;当发生冲刷时,断面形态调整仅发生在未实施工程的位置或者受工程限制但形成了一定厚度淤积层的区域;在实施了整治工程且无法提供沙源的区域,河床冲刷则不会发生.最后长江中游荆江段2016年的模拟结果表明:考虑整治工程情况时,改进模型计算的河道冲刷量偏小且与实测值更为接近;河槽断面形态与实测结果也更为吻合.

松滋江堤防洪保护区洪水风险研究(Ⅱ)——风险分布特征

长江中下游地处冲积平原,洪水灾害较为频繁,沿江堤防是生命财产和生产设施的第一道屏障。其中荆江河段洪水峰高量大,且两岸支流众多、江湖关系复杂,防洪形势尤为严峻。以上荆江松滋江堤防洪保护区为研究对象,分析了可能产生的堤防溃口;在对复杂的荆江-洞庭湖水系进行概化的基础上,建立一二维耦合数学模型,研究了1000 a一遇洪水条件下松滋江堤发生溃决后长江干流及防洪保护区内的洪水演进过程,并以最大淹没水深、淹没时间、最大流速、受影响人口及洪水损失为风险要素,分析了保护区内的洪水风险分布情况。文章共分为2篇,此为第二篇,旨在阐述保护区内洪水演进过程及风险分布特征。结果表明,涴市横堤发生溃决后造成的洪水损失最为严重,在实际防汛工作中需要重点关注。

二次流对微弯河段水沙输移影响的数值模拟研究

二次流运动是影响弯道内流速、含沙量分布及河床冲淤变形的重要因素。以往二维数学模型很少考虑二次流运动对水沙输移的影响。本文采用Delft3D模型的二维计算模块,通过在水沙输移方程中添加附加应力项来考虑二次流运动的影响,计算了不同流量级时荆江沙市微弯河段的水沙要素分布,并用实测流速和含沙量资料验证了模型的可靠性。在此基础上,详细分析了二次流运动对流速、含沙量分布的影响,以及上游来流量大小与二次流对水沙输移影响程度的关系。最后对水流运动方程中的二次流附加应力项、水面比降项及阻力项的大小进行了量级分析。这些计算结果表明:二次流对水沙输移的影响程度随着来流量的增加而增大,但在微弯河段其影响程度很小。

长江荆江河段典型洲滩演变机理初探

长江荆江河段上起枝城下至城陵矶,以藕池口为界分为上、下荆江,上荆江为微弯分汊河型,下荆江为典型蜿蜒性河道.近40年来,荆江河段洲滩演变比较剧烈,影响了下游局部主流线走向及河势变化.特别是三峡水库蓄水后,荆江河段重点洲滩的演变备受关注.本文根据大量水文泥沙原型观测资料,以关洲、三八滩和乌龟洲等三个典型洲滩为例,总结了典型洲滩演变特征,对三个典型洲滩演变机理和演变趋势进行了初步探讨.结果表明,荆江河段典型洲滩的演变主要受上游河势变化、水沙变化和人类活动等多种因素影响,且不同因素对各洲滩影响程度不同.

下荆江人工裁弯30年

下荆江裁弯工程实施已 ３０年。工程实践表明，下荆江裁弯工程是按照蜿蜒性河段演变规律改造下荆江的治本工程，取得了预期工程效益，但也出现了一些原来认识不足的问题。裁弯工程是动态工程，要深入认识河道演变规律，因势利导，还要加强河道演变与工程效果观测分析，及时修改设计，更好发挥工程效益。引河工程是裁弯工程成败的关键，新河及其上下游河势控制工程则是保持和发挥裁弯工程长期效益的保证。

基于Matlab的下荆江二元岸坡崩塌过程动态模拟

三峡水库运行后下荆江河段冲刷下切,局部失稳崩岸频繁发生。针对下荆江河段概化的上粘下砂二元岸坡,文章推导了崩塌土体坡脚堆积掩护公式,结合下部砂土层冲刷计算与上部悬空粘土层稳定性分析,同时考虑水位、土体性质、岸坡形态等随时间的耦合变化,利用Matlab编程建立了岸坡崩塌分析模型;应用该模型动态模拟了下荆江二元河岸崩退过程,与现场实测符合良好;在此基础上,探讨了不同水位变化模式对二元河岸崩塌过程的影响。研究结果表明:水位下降期较之水位上升期上部粘土层更易发生绕轴崩塌;水位变化至两土层交界面附近时是岸坡崩塌的最危险时期;与未考虑坡脚掩护相比,考虑掩护后落、涨水期的坡脚累计冲刷距离分别减少约45%和17%。