引江补汉工程丹江口下游近坝段枯水期通航水位恢复试验研究

引江补汉工程补水口位于丹江口大坝下游安乐河出口约5 km处,且补水量与调水量基本一致,工程对航道的影响主要体现在减水段,为恢复枯水期通航水位需要开展航道综合治理。利用河工模型试验论证了综合治理方案的效果,并对方案进行了优化及进一步论证。结果表明,减水-补水212 m 3/s方案尾门水位分别为86.47、85.90 m条件下,引航道口—黄家港段水位下降,黄家港以下水位保持不变,其中引航道口水位下降幅度最大,分别下降0.08、0.19 m;综合治理方案1实施后引航道口水位下降均为0.02 m,减水段的水位仍未恢复至调水前的水平,主因是从安乐河口补水的水流并未能进入到左侧主航道内;基于试验研究结果,建议对综合治理方案进行优化,在沧浪洲出水口下沿布置2道护底带;通过试验论证了护底带的4个高程,建议护底带高程为85.5 m,并对护底带高程进一步细化论证;优化后的方案可使引航道口至黄家港段的水位略超过调水前的水平,其中引航道口处最大水位抬高0.06 m。

Increasing probability of concurrent drought between the water intake and receiving regions of the Hanjiang to Weihe River Water Diversion Project,China

Water diversion projects are an effective measure to mitigate water shortages in water-limited areas.Understanding the risk of such projects increasing concurrent drought between the water intake and receiving regions is essential for sustainable water management.This study calculates concurrent drought probability between the water intake and receiving regions of the Hanjiang to Weihe River Water Diversion Project using Standardized Precipitation Index and Copula functions.Results showed an increasing trend in drought probability across both the water intake and receiving regions from 2.67%and 8.38%to 12.47%and 14.18%,respectively,during 1969-2018.The return period of concurrent drought decreased from 111.11 to 13.05 years,indicating larger risk of simultaneous drought between the two regions.Projections from CMIP6 suggested that under the SSP 2-4.5 and 5-8.5 scenarios,concurrent drought probability would increase by 2.40%and 7.72%in 2019-2050 compared to that in 1969-1990,respectively.Although increases in precipitation during 2019-2050 could potentially alleviate drought conditions relative to those during 1991-2018,high precipitation variability adds to the uncertainty about future concurrent drought.These findings provide a basis for better understanding concurrent drought and its impact on water diversion projects in a changing climate,and facilitate the establishment of adaptation countermeasures to ensure sustainable water availability.

引江补汉工程取水口饮用水水源保护区划分

引江补汉工程是南水北调中线工程的后续水源,为保障汉江中下游干流水质安全和湖北省补水区城乡生活供水安全,有必要在工程取水口周边划定饮用水水源保护区。在充分考虑水质保护要求、交通航运、港口建设发展、应急响应需求等因素的基础上,针对三峡调度运行不同水位情况、工程引水代表流量和相应水质条件设计工况情景,基于水动力水质模型计算和应急响应时间估算结果,提出引江补汉工程龙潭溪取水口水源保护区范围建议,为将来保护区划定提供技术支撑。计算结果表明,以龙潭溪取水口为中心划分饮用水水源保护区的径向距离应≥1.3 km。

引江补汉工程控制枢纽品字型双层闸门水力控制技术

石花控制闸是引江补汉工程的控制枢纽,采用品字型双层闸门布置解决了引江补汉工程高水头、超长有压输水水力控制关键技术难题。为了探究石花控制闸品字型双层闸门水力控制技术,采用数值计算和水工模型试验的方法开展研究:①采用一维、三维耦合数学模型计算控制闸启闭引起的系统水力过渡过程,为工程设计提供边界条件;②采用物理模型试验分析控制闸体型的合理性。结果表明:系统沿线最大、最小压力均满足相关规程要求;控制闸内水流流态、压力分布等指标正常,控制闸体型合理。石花控制闸总体设计方案合理,布置方式和研究方法可为其他类似工程提供参考。

南水北调中线供水区水域面积变化遥感分析

为更好地研究调水对供水区域水域面积的影响,利用遥感技术研究了南水北调中线工程调水前后供水区及其下游四季的水域面积变化情况及其动因。研究表明:在调水工程实施之后,汉江中下游区域出现了水域面积大幅度下降的情况,汉江流域水域面积从2011年到2015年整体减少,尤其是春夏季水域面积减少最多,春季减少52.6km^(2),夏季减少65.8km^(2),减少比例达到17.3%,秋季和冬季水域面积减少幅度较小,秋季水域面积减少23.4km^(2),冬季水域面积减少最少,为4.2km^(2)。

引江补汉工程实施对汉江航道通航条件的影响

针对引江补汉工程实施后丹江口—黄家港断面最小通航流量减少而引起水位下降的问题,进行了汉江丹江口—黄家港河段的综合整治工程研究。采用平面二维水流数学模型对工程河段综合整治工程实施前后的航道通航水流条件进行模拟对比分析。结果表明,实施综合整治工程可有效改善通航水流条件,解决了因最小通航流量减少、水位下降导致局部河段通航标准降低的难题,可为南水北调引江补汉工程实施提供技术支撑。

引汉济渭工程黄池沟0号复活滑坡体治理技术研究

滑坡体受外界因素诱使复活,对工程造成安全隐患。本文以引汉济渭工程黄池沟0号复活滑坡体为研究对象,使用Slide边坡稳定分析软件建立模型,采用摩根斯顿-普赖斯法和简化Bishop法对0号滑坡体整体及次滑坡体进行天然、暴雨和地震三种工况下的稳定性分析,综合考虑安全、经济、施工因素,采用了局部开挖+路边全埋式抗滑桩+锚索加固施工方案,经模型稳定性分析,该方案能够满足1级边坡稳定性规范要求,有效地预防滑坡体再次复活,保障了工程项目的实施。

倾斜钻孔揭露地质信息投影计算方法应用研究

为探索倾斜钻孔的应用,以克服钻探施工环境限制,通过对任意方位角和倾角的倾斜钻孔与所需地质剖面空间关系的研究,提出一种把倾斜钻孔揭露的地质信息准确投影到所需地质剖面上的方法。在倾斜钻孔的倾斜方向与所需地质剖面走向不一致的条件下,通过对倾斜钻孔揭露地质信息的起始和终止位置进行投影换算,进而得到符合实际地质特征的剖面。将所提出的方法应用于南水北调中线引江补汉工程勘察实践中,结果表明:该方法能够有效利用倾斜钻孔揭露信息;应用此方法进行倾斜钻孔勘探,不仅可以克服地表复杂的钻探施工环境,而且可以有效减少钻探进尺、提高勘察效率、节约勘察成本。

引江补汉工程部分岩石磨耗性与等效石英含量关系

为研究引江补汉工程岩石磨耗性与岩石矿物组成之间的关系,通过收集整理工程地质勘察过程中获得的部分岩石磨耗性指数(CAI)及其相应矿物成分测试数据,进行岩石等效石英含量Qe及其与岩石磨耗性CAI值的相关性分析计算。结果表明:在收集的数据中,侵入岩和片麻岩岩石磨耗性和等效石英含量相对较高,对TBM刀具磨损影响较大,碳酸盐岩相对较低;侵入岩和片麻岩的岩石磨耗性CAI值具有随等效石英含量Qe的增加而增大的趋势,两者之间具有相关关系,碳酸盐岩岩石CAI值与Qe无统计上的相关关系;部分碳酸盐等效石英含量较低,但具有较高的磨耗性,据此可推测岩石矿物成分不是控制其磨耗性的主要因素。

引汉济渭工程秦岭引水隧洞岩爆三维NPR支护技术

针对引汉济渭工程秦岭引水隧洞岭北段频繁产生岩爆灾害、原支护结构破坏等问题,对秦岭引水隧洞岭北段进行地质勘测调查,分析隧道围岩岩爆破坏特征及破坏模式,开展超深隧洞岩爆三维负泊松比(negative Poisson’s ration,NPR)高应力补偿支护体系研究工作。采用现场勘查等方法,对隧道地质条件及岩爆破坏成因进行分析,并采用对比试验的思想设计出秦岭引水隧洞岭北段岩爆监测预警试验方案,提出以微观NPR锚杆为核心的三维NPR高应力补偿支护体系;通过现场试验分析新支护体系下围岩岩爆控制程度及其支护效果。结果表明:以微观NPR锚杆为核心的三维NPR高应力补偿支护体系能有效控制隧道围岩岩爆灾害发生,新支护体系试验段微震能量、频次均明显降低,爆坑深度、钢拱架受力和变形量明显减小。研究成果可为超深隧道岩爆灾害的防治提供参考。

鲸鱼沟黄土水库塌岸、淤积调查与预测分析

为了预测黄土水库改造再利用后的塌岸量与淤积量,对鲸鱼沟现有水库的塌岸和淤积情况进行了地质调查,并据调查结果提出了黄土库区塌岸与淤积预测方法。研究结果表明:现有水库两岸只出现了几处小型滑塌且已基本稳定,统计出黄土岸坡水下磨蚀角在14°~26°之间,残坡积层岸坡水上磨蚀角在20°~31°之间,黄土的水上坡脚坡度为70°左右;库区淤积物横断面十分平坦,淤积主要考虑来自塌岸物质,揭露了现有水库淤积模式,计算得到其淤积厚度为10.3~12.6 m和淤积量为193.5×10^(4)m^(3);结合现有塌岸调查结果,提出了水库塌岸预测原则,采用卡丘金法与岸坡结构法相结合的方法预测了拟建水库的总塌岸量为567×10^(4)m^(3)和入库量为230×10^(4)m^(3);结合现有淤积调查结果,提出了淤积预测方法,即将塌岸量分段淤积于水库底部,预测了拟建水库的淤积厚度为0~22 m之间,大部分地段为10~20 m,淤积量为562.8×10^(4)m^(3),约占总库容的15.2%。本文预测结果为鲸鱼沟黄土水库改造工程提供可行性资料,也为相关黄土水库建设提供参考作用。

秦岭隧洞花岗岩段掘进机滚刀破岩规律及掘进特征

为更好掌握TBM掘进性能,以引汉济渭工程秦岭隧洞花岗岩段为研究对象,通过滚刀破岩试验与施工参数分析,获得了滚刀破岩机理,揭示了掘进速度、设备利用率等TBM掘进性能指标的变化规律。结果表明:在设定地应力条件下,随着贯入度增加,滚刀法向力增大,且其变化幅度增加、变化频率加快,增加了相邻滚刀间形成大岩片的数量;高地应力条件下,因多次发生岩爆,TBM平均掘进速度、设备利用率均较低;现场贯入指标、岩石掘进效率指标沿桩号的变化基本同步,但现场贯入指标能更好评价TBM破岩性能。通过调整支护、清渣和施工组织方式,提高辅助作业效率,并及时调整TBM掘进参数、改进滚刀刀刃材质,可保障TBM高效运行,为该隧洞TBM后续掘进提供相应对策。

来水不确定对跨流域工程供水调度风险的影响

为量化径流预报的不确定性所产生的供水风险,本文以引汉济渭跨流域调水工程为研究对象,基于来水不确定性的概率分布定义了供水风险,以此建立与求解了供水调度模型,获得了不同预报误差的多尺度供水风险值,厘清了风险升级的预报临界误差,揭示了来水不确定性对跨流域调水工程供水风险的影响。研究表明:产生供水风险的径流预报误差阈值为15%,且预报误差与供水风险呈二次幂函数关系;三河口水库可利用其多年调节水库的性能,缓解预报误差带来的供水风险;将供水风险分为轻险、中险和重险,确定了风险升级的阈值分别为0.117、0.190,对应的预报误差分别为24.0%、32.7%。研究成果将为保障陕西省引汉济渭工程等跨流域调水工程的调水安全提供决策依据。

引江补汉工程段中分层减压控制闸布置与体型研究

引江补汉工程段中控制方案将控制闸设置在164 km处,以避免局部段内压过高的问题,主要从水动力特性的角度论证洞线总体布置及控制闸布置与体型的合理性。采用一、三维数学模型与物理模型相结合的复合模型开展相关研究:一维水锤数学模型用于闸门启闭过程的全线水力过渡过程分析,通过优化计算,得到相对较优的闸门启闭过程,同时为控制闸段的三维数模与物理模型提供边界条件;三维水气两相流数学模型与物理模型模拟分析闸室与调流池流态与水面波动、中孔溢流面压力分布等水力指标,同时为一维数学模型提供控制闸泄流能力曲线。结果表明:当控制中孔弧形门以先慢后快的三阶段变速率过程开启时,可将全线的最大水锤压力压值在规程允许范围内;中孔溢流面压力分布正常,调流池内水体消能充分,下有压洞进口前沿水面波动较小,未见吸气旋涡等不利流态。引江补汉工程工程采用段中分层减压控制的总体方案是可行的,控制闸布置与体型合理,研究方法可供类似工程参考。

引江补汉工程输水线路工程地质选线研究

引江补汉工程是南水北调中线工程的后续工程,可行性研究阶段坝下方案输水隧洞初拟4条线路进行比选,比选线路区地形地质条件和工程地质问题复杂,具有线路长、埋深大,地层岩性复杂多样、可溶岩和软质岩分布较多,地质构造背景复杂、总体地应力水平高等地质特点,深埋长隧洞工程可能涉及的工程地质问题均有可能出现,有必要选择一条地质条件相对较优的线路。经分析研究,将线路比选考虑的地质因素分为关键地质因素、重要地质因素、一般地质因素,并建立多因子条件下的线路比选模型,经工程地质综合比选,龙安1线输水隧洞方案总体较优,地质选线成果为工程设计综合选线提供了重要依据,地质比选研究思路与方法可为同类工程提供借鉴。

碾盘山水利水电枢纽工程导流明渠混凝土铰链排防护效果分析

为了验证混凝土铰链排在工程实践中的防护效果,以湖北省碾盘山水利水电枢纽工程为例,介绍了其导流明渠铰链排防护设计的具体参数与结构,并结合2019~2022年汉江洪峰流量和铰链排防护区典型断面的水下地形变化情况,分析铰链排防护效果以及设计的合理性。结果表明:混凝土铰链排具有柔性防护的特性,能够适应地形冲刷变化,抗冲能力强,防护效果好,适合平原易冲刷地区大流量导流明渠关键部位的防护。研究成果可为类似工程提供参考经验。

大中型水利水电工程社会稳定风险因素识别分析--以引江补汉工程为例

目前,可参照的社会稳定风险因素识别标准或技术导则较为欠缺。为提高大中型水利水电工程社会稳定风险分析的工作效率和保障设计成果质量,结合工作经验,以引江补汉工程为例,分析论述了大中型水利水电工程社会稳定风险因素识别的思路、方法,从政策规划和审批程序、征地拆迁及补偿、技术和经济方案、生态环境影响、项目管理、安全卫生、经济社会影响、媒体舆情等8个方面归纳总结出风险因素清单。研究结果表明:在引江补汉工程中识别出隧道及地下建筑工程的施工可能引起地面沉降的影响、水资源配置方案、水价承受能力、调水对丹江口坝下航道的影响、调水对梯级电站发电的影响等方面的风险因素。项目风险因素识别应本着简单明了、重点突出、实事求是的原则,有针对性分析,不遗漏、不夸大,全面查找风险因素。

重大水利工程前置要件办理浅析——以引江补汉工程为例

基于南水北调后续引江补汉工程典型实例,对开工前需要办理的20个要件进行全面探讨,总结出要件办理的全过程经验,包括强化顶层设计,相关部门高度重视,做好技术支撑,强化进度计划管理和重视宣传报道等,对要件交叉、边界条件难以明确等办理过程中存在的问题进行分析,提出相关建议,为推动水利工程前期工作提供借鉴和参考。

南水北调中线水源区土地利用/土地覆被的空间格局

土地利用/土地覆被(简称LULC)变化对流域水资源动态具有深刻的影响。这对于我国大规模跨流域的南水北调工程规划尤为重要。本文制定了该工程中线水源区约95000km2面积的LULC分类系统,利用2000年前后的TM影像完成LULC分布现状图,并结合DEM分析了其土地利用/土地覆被的空间格局特征。结果表明:①研究区域森林覆盖率为50.97%,灌丛25.58%;农田约占15%,其中旱地与水田的比例约10:3;石砾裸地等强烈退化类型合占5.66%;水域约占1%。②区内秦岭南坡、汉—丹平原丘陵、巴山北坡三部分的LULC结构存在显著差异,强度土地利用类型和退化土地类型主要分布在汉—丹平原丘陵地区;秦岭南坡耕地的水分条件较巴山北坡好,但局部土地退化现象也更严重。③地形对LULC具有明显影响。海拔高度控制着自然植被的垂直分异和各种土地利用类型及利用强度的分布;各土地覆被类型的分布显示了坡度对土地开发强度的限制作用;坡向对局部LULC格局的影响并不显著,但在区域尺度上可能对秦岭南坡与巴山北坡的LULC结构差异具有贡献。南水北调中线工程水源区当前的LULC结构和空间格局显示,总体上植被状况良好,高强度的土地利用类型主要集中于海拔1000m以下的平缓地区,而退化土地类型也主要存在于这一区域,是流域水质保护和环境治理的关键区域。

HSP法在引汉济渭TBM隧道地质预报中的应用

为了解决超前地质预报与TBM快速施工之间的干扰,结合TBM的施工特点,分析地质预报的难点,介绍适用于TBM施工的HSP声波反射法原理和探测方案。该方法创造性地利用刀盘剪切岩石产生的振动信号为震源信号,采取阵列式布极,获取前方地层特征参数,来预报TBM施工前方的地质条件,来达到TBM快速施工的目标。通过HSP在陕西省引汉济渭工程TBM施工段应用案例的解析和实际情况的对比分析,表明HSP声波反射法对不良地质结构面的存在具有较好的正相关响应,是适用于TBM施工时地质预报的高效方法之一。