水沙条件变化对三峡水库泥沙淤积的影响

三峡水库上游来水来沙变化必然影响水库淤积发展过程,进而影响航运状况。本文运用一维及二维泥沙数学模型计算分析了上游水沙条件变化对三峡水库泥沙淤积及航运的影响,一维计算结果表明,90年代相对于60年代来沙变少变细后,三峡水库的淤积发展过程将明显减慢,淤积部位偏下,并且平衡淤积量也相对于60年代水沙情况下减小;上游建库的综合作用将延缓三峡水库的淤积发展过程,上游建库情况下,变动回水区河段在三峡水库运用40年内不会出现泥沙淤积问题;重庆河段整体呈现冲的趋势,100年内基本不发生淤积。二维计算结果表明,相对于上游无库情况下,上游干流建库后,重庆河段长江干流泥沙淤积量及淤积厚度明显减少,甚至出现冲刷,航运条件明显改善;金沙碛河段受上游干流建库影响较小,仍会出现碍航问题,需要进一步整治。

应用人工阶梯-深潭治理下切河流——吊嘎河的尝试

在我国西南山区下切河流——吊嘎河上利用人工阶梯-深潭进行河流治理的野外试验。吊嘎河河床严重侵蚀下切,由此引发塌岸、滑坡甚至泥石流灾害,河流生态环境变化剧烈,水生生态受到抑制。在吊嘎河中上游选取长约150m河段,模仿自然阶梯-深潭的地貌及结构特点,布置人工阶梯-深潭,并对河流微地貌、水生栖息地环境及生态进行了5个月的观测。人工阶梯-深潭布置后,试验段河床持续冲刷下切的趋势得到有效控制;维持了较为稳定的水生栖息地环境,同时水生栖息地多样性增加。采用大型底栖无脊椎动物评价河流生态显示,吊嘎河的水生生态也得到明显改善。吊嘎河野外试验初步表明,人工阶梯-深潭系统是山区下切河流综合治理中的一个有效方法。

长江上游工程对宜昌来水来沙变化的影响

本文根据1950年以来的水文资料研究了长江宜昌站在三峡工程修建前的水沙变化趋势,预测三峡水库运用后,在2003-2012年以及2013年金沙江上建成金安桥、溪洛渡和向家坝三个大型水电站后宜昌的水沙变化趋势。根据水文资料的统计分析发现在三峡工程修建以前,宜昌年水量有轻微减小的趋势;而年沙量在1950-1987年以后有大幅度减小,至2003-2004年宜昌站(用三峡水库的入库沙量替代),减沙幅度已达到61.4%。本文根据三峡水库运行后的实测资料对长江科学院三峡水库淤积计算的水库排沙比资料进行了修正。采用1961-1970年十年系列的年水量,分析计算预测2003-2012年宜昌平均年沙量为1.02亿t。在金沙江上三个水电站建成后2013-2022年平均年沙量将减为0.534亿t。

冲积河流河型的成因及分类与判别计算方法研究

本文建立的冲积河流河型成因的输沙平衡程度概念认为,不同冲积河流河型形成的根本原因在于其输沙平衡程度的不同。根据强平衡输沙概念,建立了冲积河流稳定程度公式。利用黄河、渭河和汉江部分资料进行的初步计算表明,根据河型成因的输沙平衡程度概念,基于冲积河流稳定程度公式,采用模糊聚类方法,可以建立一套完整的河型分类与判别的模糊聚类计算方法。

三门峡水库非汛期控制运用水位对库区泥沙冲淤的影响

为了控制和降低潼关高程,缓解水库运用对渭河下游的不利影响,三门峡水库自2003年以来开展了非汛期控制最高运用水位不超过318m的原型试验,亦称过渡运用方案。本文分析了水库实施过渡运用方案以来,库区冲淤和潼关高程的变化规律,探讨了非汛期控制最高运用水位不超过318m的作用。发现实施过渡方案以来,库区累计淤积量与叠加流量加权平均坝前水位的关系,符合以往的关系曲线。汛期多水少沙的洪水过程是2003年潼关高程冲刷下降的主要原因,过渡方案控制非汛期最高水位不超过318m的作用不大。本文认为,在三门峡水库非汛期控制最高运用水位的同时,应注意到水库的平均运用情况和综合作用。

模糊神经网络对汛期三门峡水库泥沙冲淤量的计算

本文通过对多年实测资料的分析 ,总结出对三门峡水库泥沙冲淤量影响很大的变量的经验公式。在分析了汛期三门峡水库泥沙冲淤影响因子的基础上 ,鉴于模糊集合论与神经网络和智能预报的研究关系密切 ,可对非线性问题进行智能预报的特点 ,利用模糊神经网络模型对三门峡水库泥沙冲淤量进行了计算。该模型精度满足要求 ,计算结果比较合理 。

遗传算法改进的BP神经网络对汛期三门峡水库泥沙冲淤量的计算

本文针对BP神经网络收敛速度慢和易于陷入极小值的问题,采用将遗传算法全局寻优和BP神经网络局部寻优相结合的方法,提高了BP神经网络的计算精度和收敛速度。应用该模型和一般BP神经网络模型对汛期三门峡水库的泥沙冲淤量进行了计算和预测。数值结果对比发现,经遗传算法改进后的BP神经网络模型在降低计算和预测的平均误差的同时,迭代次数比一般BP神经网络模型也大大减少。因此适用于求解如计算水库泥沙冲淤量等非线性问题。

泥沙淤积对三峡水库9月分旬蓄水的影响

采用9月分旬蓄水的方式,可以较好的应对三峡水库汛后提前蓄水时特大洪水的可能威胁。但随着水库运用时间的增加,泥沙淤积将造成大量库容损失,9月分旬控制水位确定时必须要考虑泥沙淤积的影响。本文通过水库泥沙淤积计算,考虑了泥沙淤积造成的库容损失,对三峡水库9月分旬控制水位进行了深入研究。结果表明,与不考虑泥沙淤积情况下的分旬蓄水相比,考虑泥沙淤积的9月分旬蓄水进一步降低了可能的防洪风险,虽然水库发电效益略有减小,但影响不大。

三峡水库运行后城汉河段会只淤不冲吗?——对“关于三峡工程对城陵矶防洪能力影响有关研究的讨论”的讨论

本文对“关于三峡工程对城陵矶防洪能力影响有关研究的讨论”一文进行回应和讨论。文中首先分析了城汉河段在一段时期淤积的机理,同时指出从近50年来该段并不是如文献[1]所说的只淤不冲,而是也发生了冲刷,其中1992年至1998年就冲刷0.868×108m3。冲刷的原因就是因为宜昌水文站年来沙减少了1×108t。更雄辩的事实是,在三峡水库蓄水后该段也发生了冲刷,这些说明文献[1]断言,三峡建成后在100年内城汉河段都处于淤积状态是完全不符合实际的。其次,指出文献[1]采用的分析方法在理论上根据不足,而且无法证明城汉河段长期淤积。本文接着从非均匀沙挟沙能力的理论,通过水量百分数调整、粗细泥沙交换、以及挟沙能力负荷等多方面论证了城汉河段在三峡水库蓄水后即会发生冲刷,而汉口以下在一些年以后也会发生冲刷,从而推翻了文献[1]的结论。最后本文在上述讨论的基础上质疑了文献[1]认为三峡建库对城陵矶防洪不利的观点。

三峡水库泥沙计算成果是可靠的——对“关于三峡水库泥沙计算可靠性的讨论”文章的回应和讨论

本文是对文献[1]“关于三峡水库泥沙计算可靠性的讨论”的回应和讨论。文中首先对非均匀沙挟沙能力关系进行了必要说明,指出挟沙能力系数的多值性,并从理论上论证了在长江水库中取K=0.03及长江河道中取K=0.017是有根据的,而且与经验值是符合的。针对文献[1]认为三峡水库挟沙能力系数做的工作太少,没有认真研究,本文引用了一系列成果以说明对挟沙能力及挟沙能力系数一直在不断深入研究,不仅论证了采用值是最优的,而且在理论上有不少进展和创新。其次,直率指出文献[1]在挟沙能力系数偏大的实际资料分析中含有误解和错误,不足以得到它的结论。同时列举了支持三峡水库和下游河道挟沙能力系数的几个重要成果;并指出决定水库淤积的是不平衡输沙时的含沙量,离开它专谈挟沙能力是不全面的。接着对丹江口水库验证成果及有关数据进行了说明和分析,指出文献[1]提出的一些讨论不符合实际,是不恰当的;而两个单位的验证成果,足够符合目前泥沙研究的精度。最后指出文献[1]的挟沙能力系数影响三峡水库淤积的分析结论明显地夸大了淤积,进而对文献[1]及其作者的自相矛盾的一些研究与作法提出了异议,并希望注意改进。

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。

三峡水库首次蓄水对泥沙输移特性的影响

以2003年三峡库区及坝下游水文站水沙整编资料为基础,分析了水库上游来水来沙情况,并与2002年比较,讨论了不同阶段水库悬移质泥沙输移的不同特征。结果表明,在水库135m蓄水以前,库区河道微冲;蓄水期间排沙比最小,仅10%左右;两次蓄水过程后排沙比约15%左右;全年排沙比约30～40%,其中约85%左右的泥沙输移是在两次洪水过程中完成的,两次洪水过程排沙比近50%。来水来沙量大时,泥沙主要淤积在万县—大坝区间,来水来沙量小时,主要淤积在清溪场—万县区间。水库的输沙特性主要受库尾地形、水面比降、流量、含沙量等因素的影响。

黄河下游平滩河槽形态与水沙搭配之关系

概括总结了对黄河下游断面几何特征与水沙关系(断面河相关系)的研究现状,基于'记忆'效应提出了几何特征与前期水沙的公式,利用1969～1996年水沙资料以及1973～1996年花园口～利津河段统测断面资料进行了统计分析,建立了花园口～高村、高村～艾山、艾山～利津河段平滩几何特征与前期水沙参数的(沿程河相)关系,认为各河段断面平滩几何特征与前期(前4年)水沙搭配条件有关,前期冲淤对断面形态的影响可以通过水沙搭配来反映,边界条件对断面形态的影响可以通过水沙参数的指数来反映.

坡面非均匀沙起动规律研究

文章根据细颗粒泥沙起动特点 ,在坡面泥沙受力分析中 ,考虑了粘着力的作用 ,采用目前国内普遍使用的暴露度概念来反映非均匀沙的荫暴作用 ,将统计方法得到的暴露度引用到泥沙的起动公式中。采用滚动模式建立了坡面粘性非均匀泥沙的起动公式 ,并用试验资料进行了验证。通过试验资料验证的结果表明 ,在坡面粘性泥沙的起动中 ,考虑暴露度和粘性是合理的。

明渠非恒定流推移质输沙试验研究

为研究明渠非恒定流输沙特性,本文建立了一套非恒定流流速、水深、流量及推移质输沙率测量系统。进行了9组恒定流输沙及3组非恒定流输沙试验,结果表明:恒定流条件下Einstein公式比Meyer-Peter公式具有更好的精度;非恒定流的推移质输沙强度与水流强度变化存在不同步的现象,长时间平均输沙率大于恒定流结果。

缓变弯道河道冲刷试验研究

有关弯道水流及其河道演变特性的研究一直为人们所关注。本文引入了在直线段和单一曲率圆弯道间插入曲率渐变的过渡段这一新的弯道型式,舒缓水流冲击力和离心力作用,以减轻水流对河床及堤身、堤脚的冲蚀破坏。作者首先对这一弯道和圆弯道的水流流速、副流强度进行了数值模拟的计算和比较;又通过变换床沙、流量及放水时间,进行了24组合的动床试验;最后,通过整理分析所有实验数据,对插有缓变曲线的弯道的减蚀作用进行了探讨。结果表明:插有缓变曲线的弯道可以减轻水流对两岸堤身和堤脚的冲蚀破坏;在弯道同一横断上的最大冲深与沙洲波高的比值最终稳定在0.58。

黄河下游水沙变化及河床纵横断面的演变

近年来,黄河下游来水来沙出现一些新的特点,水沙的变化必然影响下游河床纵剖面和横断面的调整变化。本文利用黄河下游1960-1997年的水沙资料和1977-2002年的断面资料统计分析了黄河下游水沙历年、汛期和脉动变化特点以及主槽平均河床高程和河相系数变化特点。分析表明:1)1986年以后,黄河下游水沙量和水沙脉动量显著减少,艾山以下河流非汛期时常出现断流现象;2)黄河下游纵剖面呈S型发展;3)黄河下游主槽断面面积减小,主槽明显萎缩。

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。

潮汐河口动床洪水的数值模拟

潮汐河口洪水水位受流域来水和海域潮汐双重作用,动力机制复杂,在特大洪水作用下,河口床面边界还将发生显著变形,造成水面相应明显升降,以致用定床模型预报洪水位误差很大。本文以钱塘江河口为例,采用Delft3D数学模型对潮汐河口洪水水位进行二维数值模拟试验。在定床和动床模型均取得良好验证的基础上,进一步预报洪水过程,发现定床模型可产生近1m的计算误差;而动床模型则能比较精确地计算整个洪水过程的水位,最大误差不超过0.08m。因而预测冲淤幅度较大的潮汐河口的洪水水位最好采用动床数学模型。论文还就洪水位的空间分布探讨弯道水面横比降随洪水流量的变化。

多沙水库水沙联合调度模型研究

运用异重流总流微分模型预测水库坝址泥沙运动过程,在满足防洪安全的前提下,结合水库入库洪水过程,进行旨在水库排沙比最大的水沙联合调度研究,最后给出实例。