变化条件下长江口防洪御潮及供水保障研究进展与展望

近一个世纪以来,全球气候变暖导致海平面持续上升,增加了整个长江口的水深,抬高了潮汐和风暴潮的基础水位,使得河口咸潮入侵,洪水和风暴潮发生的频率和强度增加。同时,由于长江流域水土保持和水库群建设,进入河口的泥沙量锐减,加剧了河口咸潮上溯,对区域人群生产生活产生一定影响。从全球气候变暖背景下长江口海平面上升和演变规律、长江口人类活动与气候变化影响下的动力要素变化、河口咸潮入侵时空分布和水盐交换机制及供水安全风险、海平面上升对海堤防洪御潮能力的影响、长江口地区防洪御潮韧性等5个方面总结归纳了现有研究成果,提出未来研究的方向,以期对保障河口地区水资源安全利用和防洪御潮能力提升提供参考。

面向新时期新需求的三峡水库运行方案研究

本文回顾三峡水库设计洪水、特征水位、运行方案变化调整过程,综述三峡水库运行调度关键技术研究进展和分析来水来沙变化情况。分别采用最可能洪水地区组成法和非一致性洪水频率分析两种途径,推求考虑上游水库群调蓄影响的三峡水库运行期设计洪水及特征水位。结果表明:近10年三峡入库泥沙量比初设成果减少了84.4%,宜昌站水文情势IHA-RVA综合指标为74%、发生了重度改变,三峡水库运行期1000年一遇7~15 d洪量减少了约81.5亿~142.8亿m^(3),初设确定汛限水位的主要制约因素(防洪、泥沙)发生了很大的变化。原单站设计洪水及确定的三峡水库175-155-145 m运行方案,已无法满足新时期水资源高效利用和生态环境保护的新需求。建议把三峡水库运行方案调整为175-160-155 m,主汛期水位在155~160 m区间动态控制运行,长江中下游梅雨结束后应考虑提前蓄水,8月底蓄至163 m左右,9月底蓄至165 m,10月底蓄满。该方案在保证大坝和下游防洪安全的前提下,汛期减少弃水并增加枯水期补水量,预计可增发10%左右的发电量;抬高运行水位也有利于库区航运和减少消落带;9月份尽量不蓄水或少蓄水,可减少蓄水期对下游河道及两湖生态环境的不利影响,具有巨大的经济、社会和生态环境等综合利用效益。当预测预报长江流域可能发生流域性大洪水时,尽快将库水位消落至汛限水位145 m,确保大坝和下游防洪安全。

汛期水风光多能互补动态调度模型研究

为充分利用水电站水库汛期在预报无洪水或小洪水时的调节能力,将汛期运行水位动态控制域对应库容作为调节风光运行的可用库容,在提高水库调节能力的基础上给出了考虑入库洪水实时状态的汛期水电站水库动态消纳风光调度模式,以风光出力期望值加水电出力之和与负荷偏差最小为目标,结合风光出力不确定性建立了汛期水风光多能互补动态调度模型,并以福建省水口水电站为例进行模拟调度计算。结果表明:所提动态消纳风光调度模式能够在保证防洪安全的前提下充分合理利用水位动态控制域内的调节能力来调节风光出力,使失负荷时段数和发电量缺口期望值相较于传统调度模式分别降低约37%和32%,水电站水库平均发电水头提高约4.39%,不仅可提高系统出力可靠性,且能增加系统运行效益。研究成果可为汛期调节风光出力提供参考。

稻田控制排水对高邮灌区河道洪水过程的影响

以高邮灌区为例,采用水文-水动力模型,研究稻田控制排水措施对河道洪峰流量、水位和洪水过程的影响。结果表明,雨前通过控制灌溉适当降低田间水位可减轻稻田出流峰值,随着稻田控制水位的增加,稻田径流峰值逐渐降低。通过稻田控制排水,可降低田间出口峰值流量,改变灌区河道洪水过程,降低河道洪峰流量和水位,减轻灌区内部以及附近河道的防洪压力。

三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位研究Ⅰ——需求分析与优化条件

城陵矶地区是长江中下游洪灾最频发的区域之一,是长江水库群防洪的重点保护对象。金沙江下游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝4座梯级水库与三峡水库组成的巨型水库群防洪能力巨大,显著改变了流域防洪调度格局。在概括分析城陵矶地区防洪需求,回顾三峡水库对城陵矶地区防洪补偿控制水位不同阶段成果的基础上,剖析了优化防洪补偿控制水位的研究要点,研究了金沙江下游梯级防洪库容投入情况,进而明确了提高防洪补偿控制水位的有利条件。研究结果表明:在三峡水库水位达到城陵矶防洪补偿控制水位158.00 m后,金沙江下游梯级水库在预留40.93亿m^(3)防洪库容的基础上,尚有30亿~60亿m^(3)富余防洪库容可配合运用,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良好条件。

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。

浅析岩滩水电站防洪调度措施及效果

笔者结合岩滩水电站的防洪能力,分析制约岩滩水库行洪的外部因素,提出水情气象预报、编制防洪风险图、汛期水位动态控制、洪前预泄、流域梯级水库群优化运行等提升防洪能力的调度措施。结果表明,所采取的调度措施是有效的,能够最大发挥岩滩水电站工程资源效益,取得巨大的经济效益。

新形势下三峡水库汛限水位抬升综合效益研究

全球气候变暖改变了气候效应的热力与动力环境,我国来水年内分布不均程度进一步加大,干旱威胁将持续加剧。在当前防洪与抗旱同等重要的前提下,需要合理利用水库的防洪库容,抬升汛限水位是缓解我国水资源供需矛盾和提升水资源利用效率的关键所在。以三峡水库为研究对象,拟定不同汛限水位方案,结合三峡水库现有调度规程运用方式,利用长系列历史径流资料模拟计算分析三峡水库汛限水位抬升后的效益与风险,结果表明:依靠当前预报水平及上游水库群联合调度,三峡水库汛限水位抬升至155~157 m的防洪风险可控,不会降低荆江防洪标准、增加库区回水淹没风险。三峡汛限水位抬高至153 m后,多年平均发电量达到最大值1029亿kWh,较初步设计值增加16.7%,与多年统计规律一致,丰水年和平水年份三峡水库均在汛限水位增加至153 m后达到最大发电能力,枯水年份汛限水位可更高,发电效益更好;防洪效益与汛限水位呈负相关,不同方案下三峡水库多年平均拦洪量变化在15亿m^(3)以内,变化不大;水资源效益与汛限水位呈正相关,三峡水库起蓄水位随着汛限水位的抬升同步增加,当汛限水位抬升至147 m,三峡水库10月底蓄满率可达到100%,汛限水位每增加1 m,三峡水库蓄水期多年年均出库水量可增加约5亿m^(3)。综合考虑效益与风险,现阶段三峡水库汛限水位抬升至153 m是可行的。

长江流域防洪规划修编关键问题探讨

长江是中华民族的母亲河,是中华民族发展的重要支撑。进入21世纪以来,随着流域经济社会高速发展,流域蓄泄关系和防洪形势发生了新变化,加之全球气候变化背景下极端天气频发,给流域防洪带来了新挑战,治水思路和防灾减灾救灾理念发生深刻变化,迫切需要优化调整防洪目标和总体布局,科学制定防洪规划方案,擘画安澜长江新蓝图。针对新变化、新挑战和新要求,研究提出了新阶段长江防洪新方略、新目标和新举措,并重点探讨了城陵矶(莲花塘)站防洪控制水位调整、蓄滞洪区布局优化以及洲滩民垸防洪治理等重难点问题,为长江流域防洪规划修编提供支撑。

洋溪水利枢纽横隔板式鱼道设计

洋溪防洪控制性工程是广西柳江上以防洪为主、兼顾发电和航运的大型综合水利枢纽工程。洋溪鱼道工程最大设计水头30 m,鱼池采用横隔板竖缝式。针对洋溪以防洪为主的功能要求,结合运行水位变幅特点及过鱼时长保证率确定了鱼道运行水位,从而优化了鱼道进、出口数量。通过大比尺局部物理模型试验和鱼道整体物理模型试验,开展了鱼道全程水流流态模拟分析,提出了最终的鱼道设计方案。

公路跨河桥梁工程防洪影响评价研究

以某桥梁为例,对其设计流量、设计水位、壅水高度和冲刷深度进行了计算。计算结果显示,该桥梁的设计流量、设计水位、最大壅水高度、壅水影响距离和总冲刷深度分别为680m^(3)/s,34.3m,1.4m,151m和2.35m,均满足发生洪水时的防洪标准。上述结果表明,桥梁对河道的行洪走势和河势的稳定性影响较小。

临海工程项目防洪水位研究

临海工程项目的防洪安全受洪水及海潮影响,为确定盘锦某精细化工及原料工程项目的风险源及防洪(潮)水位,需要综合分析现状及规划工况条件下辽河、大辽河及辽东湾海潮对工程项目的影响,并采用适当的洪水及潮流数学模型分别进行计算。经分析,确定采用MIKE FLOOD一二维耦合溃堤数学模型,分析大辽河洪水对工程项目的影响;采用MIKE21 FM二维潮流数学模型,分析辽东湾海潮对工程项目的影响。计算结果表明,现状工况条件下工程区主要风险源来自海潮,规划工况条件下工程区主要风险源来自大辽河洪水,工程建设需要综合考虑洪水及海潮的影响。文中采用的计算方法和结论可为类似工程项目的防洪(潮)水位确定及报告编制提供依据。

太湖设防水位变化对区域防洪的影响研究

太湖位于太湖流域中心位置,是流域的洪水集散地,其设防水位是评判流域防洪形势的重要特征水位之一,也是部署流域防汛工作的重要依据之一。近年来的流域性洪水中,太湖水位多次突破原设防水位,对区域防洪产生了较大影响。本文采用太湖流域河网一维水量水质模型,分析研究太湖设防水位的变化对区域防洪的影响。结果表明,太湖设防水位与上游区域洪水位呈正相关,与下游区域洪水位呈负相关。太湖设防水位的升高,使得上游区域超特征水位的幅度和历时逐渐增大,特别是对湖西区和长兴平原的影响更为明显。

基于汛期水位动态控制的洪水资源化利用研究

洪水是一种重要的水资源,洪水资源化利用在水资源较少地区显得尤为重要。以河北刘家台水库为例,通过HEC-HMS水文模型软件,对汛期水位动态控制的防洪效果以及地下水转换效率加以评价。结果显示,采用该方法后,海河流域部分河段5天可增加地下水量约9.02×10^(6) m^(3),多拦截洪水1.58×10^(8) m^(3),表明汛期动态水位控制具有良好削峰防洪作用,研究成果可为洪水资源化利用提供参考。

迪那河五一水库年度蓄水计划方案研究

五一水库是迪那河流域控制性水利枢纽工程,承担供水、灌溉、防洪兼顾发电等综合利用任务,工程主体已完工,具备蓄水条件。以拟定的三组不同水位作为年度蓄水目标,在确保大坝防洪、蓄水度汛安全的前提下,尽可能合理加快蓄水的进程,尽早发挥工程效益,尽可能减小对下游灌区的影响,并以此为原则,根据径流资料和下游用水制定蓄水方案,研究不同来水频率下,蓄水至各特征水位的时间,对工程年度蓄水具有指导意义。

基于层次分析法的城市防洪风险综合评价研究

为了提高评价城市防洪风险的准确度,本文根据影响城市防洪的因素构建了城市防洪风险评价体系,确定了各评价指标在不同风险等级所对应的取值范围,并进一步结合层次分析法(AHP)计算了指标层的权重及目标层的风险等级。由工程案例计算可知,基于AHP计算的风险等级与城市防洪体系的安全鉴定报告结论一致,说明该风险评价方法具有工程可靠性和适用性。该方法也可为其他城市防洪体系的建立和风险评价提供新的途径。

瀑布水库调度方式优化对下游防洪影响研究

为充分挖掘水库防洪潜力,提高水库防洪能力,本文以瀑布水库为例,通过合理降低汛限水位、设置防洪库容、充分利用水库闲置库容、优化调度运行等方式,结合补偿调节原理,系统分析了水库和径流特征,以及水库下泄洪水对下游镇区的防洪影响。该研究可供同类水库减少下游防洪压力,提升下游防洪安全提供参考。

梯级水库运行期设计洪水及水位联合优化调控变革与启示

我国水资源时空分布不均,年际、年内变差大,洪涝和干旱并存,流域防洪与兴利需求并重。随着大规模水库群建成投运,流域下垫面条件及产汇流机制明显变异,水库及引调水工程运行等人类活动对设计洪水影响显著,梯级水库群运行管理中如何分析和应用设计洪水成为亟待解决的新问题,水库群联合优化调控、水资源高效利用的现实要求十分迫切,已列入中国科学技术协会2023年十大产业技术问题。经过多年探索实践,我国在梯级水库运行期设计洪水及水位联合优化调控方面已取得一定研究进展和成果,但仍存在对暴雨洪水季节性变化规律认识不足、梯级水库群系统中各水库运行相互影响考虑不足、现代水文气象实时预报信息运用不足等问题,亟须系统开展运行期设计洪水及水位联合优化调控体系研究,实现风险可控条件下水资源高效利用,保障防洪安全、供水安全、能源安全、生态安全,推进新阶段经济社会高质量发展。

基于MIKE21模型的码头工程防洪评价研究

为评价广州市南沙区某码头工程防洪安全,采用MIKE21水动力模型模拟200年一遇洪水条件下工程建设前、后水位、流速和流向等水力要素的变化,模型计算分析得出:工程建设后,水位壅高最大值不超过0.007 m,流速减小不超过0.39 m/s,流向偏转最大不超过13°。研究结果表明该码头工程的建设对所在河段的防洪和河势不会产生明显不利影响。

坡面模型概化及水位推导

坡地分类是研究坡地的基础,不同分类是有不同的实用意义,一般的分类主要是基于地质研究或径流研究等。该文主要研究坡面地区建构筑物受洪水影响时的沿程水位变化,以便优化防洪规划设计,在此基础上,对坡面进行分类和概化,并根据概化模型推导出坡面地区建构筑物沿程水位计算公式。计算结果表明,随着建构筑物尺寸的加长,在不利条件下,水位远高于自然情况。提出的水位计算公式,适用于坡面地区特别是大型坡面地区上的建构筑物沿程水位估算。