三峡工程运用后长江中下游河道冲刷特征及其影响

三峡及其上游干支流梯级水库建成运用后,大坝下游“清水下泄”引起了长江中下游河道发生长时间、长距离的冲刷。2001-2021年期间宜昌至长江口已累计冲刷了50.3亿m^(3),需厘清河道冲刷对河势、防洪、航运等方面产生影响。分析表明:三峡工程运用后,长江中下游河势总体稳定,弯道段出现切滩撇弯、汊道段出现塞支强干等现象;河道槽蓄量的持续增加,进一步增大了河道调蓄和行洪能力,但水流顶冲点的变化和近岸河床的冲刷下切,使得河道崩岸频发,并影响河势稳定和防洪安全;在河道冲刷、河势控制与航道工程综合作用下,长江中下游航道条件总体得到改善,但河道不均衡冲刷使得坝下游砂卵石河段出现“坡陡流急”,沙质河段出现洲滩散乱、航槽移位等现象,影响航道条件;同流量下枯水位呈下降态势,逢极枯年份影响长江中下游用水安全;江湖关系发生新变化,“三口”分流道由原淤积转为冲刷,两湖湖区水位不同程度的降低,枯水位出现时间有所提前,不利于湖区水资源和生态环境的安全与可持续发展;三峡工程实施枯水期补水调度和“压咸潮”调度以及长江口北支淤积减缓,对于遏制长江口咸潮入侵有利,入海泥沙显著减少引起长江口近岸河床冲刷,影响沿岸码头的安全运行。

黄河中游水沙频率关系研究

扼要指出进行黄河中游水沙频率关系研究的必要性,并通过对黄河中游部分连续泥沙观测序列的独立同分布性的检验,验证了建立黄河中游泥沙频率曲线的可行性以及泥沙序列对P-Ⅲ型分布曲线的适应性。在此基础上建立了黄河中游水沙序列的理论频率曲线,分析了黄河中游的水沙频率之间的关系,给出了一定泥沙频率条件下所对应的洪水发生的频率范围,对年径流量和输沙量的频率组合进行了量化,对水沙丰枯组合进行了确定,最后提出了有待于进一步研究的问题。

人类活动对珠江流域主要水文要素的影响

水文特性及规律是流域治理、开发、保护及管理的依据和基础,水文特性既有成因上特有的规律,又受人类活动和气候变化等影响。针对人类活动对珠江流域主要水文要素的影响进行定量和定性分析,研究了人类活动对珠江流域径流量、洪水量级、水位流量关系以及泥沙的影响,给出了人类活动对珠江流域主要水文要素的影响结论,为下一步流域治理规划、水文计算及工程设计等提供技术参考。

河道泥沙淤积对洪灾风险评估的影响

建立了考虑泥沙淤积的洪灾风险估计的一般模式 ,并以螺山站为例 ,定量分析了泥沙淤积对洪水频率和洪灾风险的影响。结果表明 ,考虑泥沙淤积对水位频率会产生影响 ,在相同水位下 ,泥沙淤积会缩短洪水的重现期 ,水位越低 ,频率变化越大。对于相同频率的洪水 ,泥沙的淤积使水位抬升 ,且频率越小 ,水位变化越小。另外 ,泥沙淤积使洪灾风险增加 ,加重了洪灾的损失。螺山下游的洪灾风险率从 6%增加到 2 2 .5% ,水位超高期望值从 0 .1 1 4 m增加到 0 .2 33 m。

变化环境下黄河中下游洪涝灾害发展新趋势

在自然与人类活动共同影响下,黄河中下游流域水循环多过程发生变化,影响了洪涝灾害的成灾模式和发展趋势。采用Morlet小波分析和趋势分析方法,对黄河中下游流域洪涝灾害现状、降水丰枯周期变化、降水强度和频率等进行了分析。结合社会经济发展、水沙关系和凌汛形成机制,剖析了黄河流域洪涝灾害的孕灾环境、致灾因子强度和承灾体脆弱性变化特征。结果发现,黄河流域洪涝灾害发展有如下新形势:黄河流域洪涝灾害整体呈现加重态势;支流和小流域洪涝灾害态势严峻;"小水大灾"频繁发生,损失惨重;凌汛灾情趋于缓和。

黄河潼关站水沙关系频率及协调度分析研究

为了掌握黄河下游水沙关系变化趋势,基于黄河中游潼关站58 a的入库水沙量资料,采用P-Ⅲ型曲线建立径流量与输沙量的频率曲线,通过保证率对黄河下游的水量和沙量进行丰平枯划分,进一步提出了潼关站水沙协调度的定义和判别方法。结果表明:进入黄河下游水量和沙量丰平枯变化趋势基本一致,整体呈现出下降趋势,近10 a来水量在个别年份有向偏丰发展的趋势,而沙量有进入特枯的趋势;在58 a的水沙过程中,水沙协调度由水少沙多的搭配关系向水多沙少的搭配关系转变,特别是1997年以后,这一趋势更加明显。

山区河流宽窄相间河段山洪水沙输移2维数值试验

山区河流山洪过程常挟带大量泥沙,并引发河床剧烈变形,尤其是宽窄相间河段河床急剧调整、水位陡涨极易增加展宽河段洪水淹没风险。研究山洪演进的水沙输移及河床变形对于防洪减灾具有重要意义。本文采用2维水沙动力学数值试验探究上游来沙变化条件下,宽窄相间河段水沙输移及河床变形过程。结果表明:当上游来沙充足时,洪水携带泥沙在展宽段淤积、缩窄段冲刷,河床在泥沙输移过程中整体上抬;当上游没有来沙时,河床整体呈现下切趋势。究其原因,主要在于河道饱和输沙导致河床整体淤抬,从而导致上游水位陡涨增加水面比降,床面切应力变大,从而提高河道输沙率,而宽窄河段床面起伏增大床面形态阻力,促使上游水位上涨;泥沙来量较少时,河床冲刷为主,水位下降,水面比降趋于变缓。

黄河下游历史泥沙灾害的宏观特征及其与流域因素和人类活动的关系(Ⅱ)──人类活动、历史地震及地形因子的影响

以历史上黄河下游的决溢频率为泥沙灾害的代用指标，研究了人类活动、历史地震及地形因子对黄河下游历史泥沙灾害的影响。研究表明，人类活动是影响黄河下游泥沙灾害的重要因素。历史上人口的增加使下游决溢频率增大，人口低谷与决溢频率的低值时段相应。历史上农牧交错带的南移与下游决溢频率的减小相伴发生，北移则导致决溢频率的增大。历史地震对黄河下游历史泥沙灾害有一定的影响。黄河下游历史泥沙灾害表现出明显的空间分异，这种分异与平原地貌条件的沿程变化有密切的关系。

黄河下游历史泥沙灾害的宏观特征及其与流域因素及人类活动的关系(Ⅰ)──历史气候及植被因素的影响

以历史上黄河下游的决溢频率为泥沙灾害的代用指标；研究了黄河下游历史泥沙灾害的宏观特征．研 究表明，气候因素对黄河下游决溢频率有深远的影响．隋唐以前，天然植被尚未遭到显著破坏，当湿润指标 增大时，有利于植被的生长，故黄河下游决溢频率减小．１０世纪以后，二者的关系与此相反，当湿润指标增 大时，决溢频率也增大，反之亦然．每世纪大旱年颁次与每世纪决溢频次之间呈明显正相关，说明目前受到 各方面广泛关注的黄河下游“小水大灾”现象，在历史上已经存在．干旱时期中，河槽萎缩，一旦大水来 临，很容易发生决溢．以华山松树木年轮指数为气温的代用指标，研究了气温变化与决溢频率变化的关系， 结果表明，在５０ａ的尺度上，当气温降低时，决溢频率增大，反之亦然．人类活动是影响黄河下游泥沙灾害 的重要因素．

三峡工程运行后长江中下游河道设计频率水文年泥沙模拟研究

三峡水库运行以来,长江水沙发生很大的变化,为今后泥沙模型计算与试验水文条件的仿真性提供保证和依据,统计分析了三峡水库建库以来长江中下游泥沙的变化情况,并针对泥沙模型计算与试验中常选取的频率水文年的泥沙问题,做了详细的分析与研究。提出了泥沙模型中设计频率水文年所要模拟的沙质泥沙部分的处理方法与途径,即床沙质的输沙率过程采用流量输沙率关系推求设计洪水对应的沙量过程。并出于工程安全的考虑,采用流量输沙率关系的下包线作为沙量过程确定的依据。该方法较好地反映了三峡水库蓄水后泥沙量减少条件下的频率水文年泥沙模拟实际情况。

辽宁省闹德海水库出库水沙关系研究

闹德海水库汛期排沙与防洪和兴利蓄水矛盾十分突出,研究该水库汛期排沙与汛期水位的联合控制,应首先深入研究该水库的出库水沙关系。本文通过不同情景下的出库水沙关系分析,得到实用性较强的出库水沙关系方案,为未来该水库的汛期水沙联合调度奠定基础,同时为国内同类问题的解决提供新思路。

基于典型次洪泥沙动力学过程的岔巴沟流域水沙关系分析

为准确把握岔巴沟流域径流泥沙变化趋势并分析其原因,以岔巴沟流域1970—2016年98场洪水输沙过程为研究对象,通过分析不同年代次洪输沙量,阐明了次洪水输沙动力学过程。结果表明:岔巴沟流域近50 a来次洪输沙滞回曲线模式主要表现为顺时针型、逆时针型、8字型、复杂型4种,4种模式中逆时针型所占比例和次洪输沙量最大,顺时针型所占比例最小,但平均洪峰流量和平均输沙峰值最高,复杂型洪水平均持续时间最长。不同年代次洪输沙频率表现为1980—1989年间洪水输沙滞回曲线以逆时针型为主,其次为复杂型洪水,2006年以来逆时针型和复杂型洪水数量大幅减少,8字型洪水数量增多;出现这种现象可能是由于岔巴沟流域自20世纪70年代以来开展小流域综合治理,各种水土保持措施在1970—1989年间产生较强的作用,但2000年后,由于长期使用后产生淤满和损坏等状况,效力逐渐降低,对岔巴沟流域整体的水沙输移模式产生影响。

基于Copula函数淮河流域水沙联合分布研究

淮河流域是我国人口密集的地区之一,拥有巨大的社会和经济发展潜力。基于淮河中游吴家渡水文站1950-2015年的径流量和输沙量资料,通过对径流量、输沙量的边缘分布函数和Copula函数的比选,确定最优函数形式并建立淮河流域水沙联合分布模型,运用模型对流域内水沙丰枯遭遇频率进行了计算,进而对比分析了径流量和输沙量单变量和联合变量的设计值并绘制了等值线图。研究结果表明:Gamma型分布对淮河流域的径流量过程和输沙量过程吻合较好。由于Gumbel型联合分布函数的赤则信息准则AIC值(akaike information criterion)最小,故选用Gumbel型Copula函数构建淮河流域水沙分布模型。淮河流域水沙同步的概率为67.2%,水沙异步的概率为32.8%,其中平水平沙出现的概率为27.54%,枯水枯沙出现的概率为25.86%,淮河流域枯水平水年份较多。径流量和输沙量联合变量设计值较单变量设计值要大,计算结果在考虑两者之间联系的基础上,将更具有代表性,且安全性更好。