Landslide and Rockfall Distribution by Reservior of Stepped Hydropower Station in the Jinsha River

The landslides and rockfalls were studied in this paper from Xiangjiaba to Baihetan in the lower reach of Jinsha river. Their volume, distribution density and landslide index were studied which indicated that there existed close relationships between landslides and rockfalls and geological structure, stratum. The fold and faultage influenced on the stability of slope and offered the geological condition to landslides and rockfalls. The physiognomy controlled their distribution. Slope angles of landslides were 10 °-50°and slope angles of rockfalls were mainly 35°-50° in the valley in the studied area. The results indicated the geology and physiognomy of distribution area of the landslides and rockfalls in the studied area. They offered the theoretical foundation to prevent and cure geological disaster and protect the water power engineering.

金沙江下游向家坝库区鱼类群落结构空间格局

探究鱼类群落结构空间分布特征及其对梯级水电开发的响应,为水电开发生态环境影响评价及鱼类保护提供依据,为长江“十年禁渔”效果评估提供本底资料。2016-2018年采用复合刺网和地笼对向家坝库区库首邵女坪、库中绥江和库尾桧溪的鱼类群落进行了7次调查,探究了建坝后的鱼类种类组成、个体大小、生态类群及其空间分布特征。调查共采集到鱼类59种,隶属于6目16科49属,其中长江上游特有鱼类5种,外来鱼类12种。在邵女坪、绥江和桧溪江段分别采集到鱼类39、40和39种,Jaccard相似性指数分析表明,3个江段鱼类群落物种组成为中等相似。相对重要性指数(IRI)分析显示,邵女坪江段鱼类群落的优势种为中华倒刺鲃(Spinibarbus sinensis)和䱗(Hemiculter leucisclus),绥江江段优势种为䱗、鲢(Hypophthalmichthys molitrix)、瓦氏黄颡鱼(Pseudobagrus vachelli)和鳙(Aristichthys nobilis),桧溪江段优势种为瓦氏黄颡鱼、镜鲤(Cyprinus carpio var.specularis)、鲤(Cyprinus carpio)、䱗、草鱼(Ctenopharyngodon idellus)和鲫(Carassius auratus)。NMDS分析显示,库首邵女坪和库尾桧溪江段鱼类群落差异相对较大,Bray-Curtis相异指数为0.59;库中绥江与库首邵女坪鱼类群落更为相似,Bray-Curtis相异指数为0.41;库中绥江和库尾桧溪的Bray-Curtis相异指数为0.46。广适性鱼类是向家坝库区各江段的优势类群,分别占鱼类种类、数量和重量的57.7%±5.9%、65.2%±20.7%和47.7%±16.1%;从库首至库尾江段其数量比分别为43.3%、67.8%和84.5%,呈现逐渐增加趋势。向家坝库区渔获群体体长为29~655 mm,平均体长为(128±65)mm,体重为0.1~5408 g,平均体重为(70±218)g,主要种类(鲤和镜鲤除外)在不同江段间个体大小差异显著(P<0.05)。与蓄水前(2011年)相比,金沙江下游鱼类群落发生了显著变化,流水性的特有鱼类减少,外来鱼类增多。

农业耕作和外来植物入侵对金沙江下游库区新生消落带土壤养分和酶活性的影响

金沙江下游梯级水电站新生消落带上农业耕作较为普遍,同时广泛存在外来植物入侵,这可能会对其土壤养分状况产生潜在影响。基于此,以乌东德电站库区新生消落带为研究区域,以淹水后自然形成的狗牙根(Cynodon dactylon)群落为对照,选择典型农作物玉米(Zea mays)与入侵植物银胶菊(Parthenium hysterophorus)为研究对象,通过比较不同群落下0~10 cm和10~20 cm深度土壤养分含量及酶活性差异,探讨农业耕作和外来植物入侵对消落带土壤养分状况的影响。结果表明:①玉米和银胶菊群落下0~10 cm土层有机质、全氮、全磷、速效钾含量显著高于狗牙根群落(P<0.05),增幅为24.58%~136.98%;10~20 cm土层的有机质、氮磷钾养分全量和速效养分含量也较狗牙根群落显著高出16.67%~141.68%(P<0.05)。②相较狗牙根群落,玉米和银胶菊群落下0~10 cm和10~20 cm土层的脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、硝酸还原酶活性均显著增加(P<0.05),增幅为5.60%~378.65%。3个群落中,银胶菊群落土壤酶指数最高,较狗牙根群落显著高出23.49%(P<0.05)。③消落带土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾含量均与脲酶、蔗糖酶、硝酸还原酶、碱性磷酸酶活性之间呈显著正相关(P<0.05),表明上述酶活性可作为消落带土壤养分状况变化的有效表征。总的来看,农耕活动和银胶菊入侵促进了落干期金沙江下游新生消落带土壤养分的积累和有效性的增加。因此,应加强消落带农业耕作的管控并尽快开展入侵植物防治,以减少淹水期消落带土壤养分流失风险。

金沙江下游水风光外送消纳分析

金沙江下游拥有丰富的水风光资源,依托现有梯级水电站跨省区直流外送通道,实现水风光打捆外送协同消纳。通过分析受端电网负荷特性,提出最大和最小消纳空间的计算方法,并以2021年资料为例,分析各个受端省市对金沙江下游新能源的消纳能力。广东的消纳空间最大,上海最小;根据不同省市的内负荷特性和外送电站发电特征,对新能源消纳空间较大的月份各不相同。总体上江苏、浙江、广东在枯期的消纳能力大于汛期,广西在汛期的消纳能力略大于枯期。研究成果可供金沙江下游清洁能源跨省区消纳参考。

金下-三峡-葛洲坝梯级水库联合优化调度方案比较研究

依据水库调度图进行模拟调度,以检验设计值的合理性并作为方案比较的基准。分别建立金沙江下游和三峡-葛洲坝6座梯级水库联合调度和多目标优化调度模型,采用基于Gaussian径向基函数的“参数化-模拟-优化”框架和Borg算法求解优化模型的Pareto前沿。对比研究结果表明:6库设计年发电量合理可靠,联合调度需考虑回水顶托影响;联合(优化)调度方案与单库调度方案对比,6库年均弃水量分别降低20.38%(30.44%),增发电量4.01%(5.45%),其中溪洛渡、向家坝和葛洲坝水库增发电量最大;发电量与蓄满率互相制约,三峡水库9月10日起蓄面临着枯水年难以蓄满的问题,建议进一步优化三峡水库汛期运行水位并考虑提前蓄水。

金沙江下游水库拦沙效应研究

随着众多水库建成运用,水库拦沙成为了金沙江下游减沙的主要原因。1956—2021年金沙江干流及下游支流共修建10万m^(3)以上的水库504座,总库容为687.63亿m^(3)。水库运用后,金沙江下游年径流量不存在明显变化,而年输沙量显著减小。金沙江下游出口含沙量在1998年、2013年以后大幅减小,1956—1997年平均含沙量为1.75 kg/m^(3),1998—2012年平均含沙量减小为1.22 kg/m^(3),2013—2021年平均含沙量减小为0.01 kg/m^(3)。采用双累积曲线法及水库拦沙率公式,分析水库拦沙与水土保持工程对金沙江下游减沙贡献度,结果表明:金沙江下游减沙主要由水库拦沙造成,其中1998—2012年金沙江下游年均减沙0.97亿t,水库拦沙的减沙贡献度为0.67,水土保持工程等措施的减沙贡献度为0.33;2013—2021年下游年均减沙2.43亿t,水库拦沙贡献度为0.97,水土保持工程等措施减沙贡献度为0.03。

金沙江下游流域大气降水氢氧稳定同位素特征及水汽来源

金沙江下游流域地处干热河谷气候影响区,大气降水对该区域水文循环至关重要。分析了金沙江下游流域降水稳定同位素组成的季节变化特征及其影响因素,结合同位素示踪和HYSPLIT模型探讨了流域大气降水水汽来源。结果表明:金沙江下游流域降水δ^(2) H和δ^(18) O雨季偏负而旱季偏正,气温和降水量对同位素组成影响较大而高程效应不显著;流域大气降水线斜率和截距均低于全球和我国大气降水线,主要受到非平衡蒸发作用影响;流域大气降水水汽来源和昆明地区类似,雨季降水主要受到西南与南亚季风影响,旱季降水潜在来源为西风带或极地大陆气团。研究成果对金沙江下游区域水文循环具有重要指导意义。

金沙江下游某水电站坝区降水特征分析

金沙江流域极端小时降水过程局地性强、短时雨量大,了解该区域极端小时降水特征,有助流域水电站应对强降水事件。利用该区域6套自动气象站2011—2022年观测数据集,通过质量控制、特征值提取、分类统计分析等方法,对极端小时降水时空变化特征进行分析。研究发现:①该水电站区域日降水分布的夜雨特征明显,短时强降水在夜间和凌晨出现频率较高;②月际变化方面峰值分别出现在7月和9月,7月降水高发于后半夜,9月的占比高于7月;③选取3个极端小时降水阈值指标,极端小时降水强度由上游向下游、由西北向东南逐渐减小。极端降水事件平均持续时长6.04 h,且前期发展迅速,平均于1.66 h时降水达到峰值;④极端小时降水事件的过程雨量占年平均降水量的24%~33%。将以上结果与近10年实际数据相比对,证明降水特征对蓄水调度和风险管控有一定的应用价值。

水库运用对金沙江下游水沙变化的影响

大型水库运用后,金沙江下游水沙时空分布发生重大变化。本文基于金沙江下游干支流水沙观测资料,分析了下游流域水沙时空分布特性。1954-2021年,金沙江下游径流主要来源为金沙江中游及雅砻江,两者年均径流量为1150.73亿m^(3),占总来水量的80.75%;年输沙量主要来自下游区间,其年均来沙量为9943.17万t,占总输沙量的48.12%。运用Mann-Kendall突变检验、R/S分析以及双累积曲线法,分析水库运用对金沙江下游水沙变化趋势的影响。结果表明:1954-2021年金沙江下游水库运用对年径流量变化趋势无明显影响,而对流域年输沙量影响显著。金沙江下游出口水沙关系在1998、2010及2012年发生突变,主要原因为雅砻江、金沙江中游、下游干流上大型水库的拦沙运用,导致下游出口含沙量由1.82 kg/m^(3)逐步降低为1.31、0.86、0.01 kg/m^(3)。利用金沙江下游干支流水沙关系及沙量平衡原理,分别计算局部区间水库拦沙对流域总减沙量的贡献度。1998-2009年二滩水电站建成运行,金沙江下游出口总减沙率为35.16%,雅砻江水库拦沙对下游总减沙贡献度为32.88%;2010-2012年金安桥等中游水电站运行后,下游出口总减沙率为51.43%,金沙江中游、雅砻江、三堆子至白鹤滩区间和白鹤滩至向家坝区间对下游总减沙贡献度分别为21.54%、23.10%、30.67%、24.69%;2013-2021年金沙江下游梯级水库运行后,下游出口总减沙率为99.37%,4个区间对来沙量减少的贡献度分别为19.64%、14.72%、12.34%、53.30%。

基于变权重非线性安全度的梯级防洪库容分配方法研究

梯级水库群防洪库容的合理分配与有效利用对汛期水库群防洪减灾和综合效益的发挥起到至关重要的作用。针对梯级水库在防洪库容分配过程中,各水库对整体防洪安全影响的重要程度差异性缺乏有效区分方法,进而导致防洪库容分配不合理的问题,将水库非线性安全度与兼顾水库入库流量、设计防洪库容大小、泄流至防洪控制站传播时间等特征的变权重相结合,提出基于变权重非线性安全度的水库防洪安全度计算方法,同时,考虑梯级各水库和下游防洪控制站的安全,以梯级整体防洪安全度最大和下游防洪控制站超标洪量最小为目标,构建基于安全度的梯级防洪库容优化分配模型,采用差分进化算法对模型进行求解,实现防洪库容的最优分配。将该方法应用于金沙江下游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝四库梯级防洪库容分配实例,结果表明该方法相较于其他方法,可在不降低梯级整体防洪效果的前提下,描述各水库权重的动态变化过程,通过增加乌东德和白鹤滩水库防洪库容的使用,以减小溪洛渡和向家坝水库防洪库容的使用,使梯级整体在调度期的防洪安全度达到最大。该方法可反映各水库在梯级防洪中重要程度的差异性,实现水库间防洪库容的科学管理与合理分配,为水库防洪优化调度科学决策提供依据。

兼顾生态的梯级水电站优化调度模型研究与应用

随着生态环境保护意识的提高,国家对水库开展生态调度的要求也不断提高。针对金沙江下游梯级电站复杂多样的生态调度需求,以经济效益最大为目标,建立针对产粘沉性卵鱼类生态调度和促进产漂流性卵鱼类繁殖生态调度的梯级水电站中长期优化调度模型;通过生态调度与电站运行目标的整体优化,得到生态调度开展时机的优化方案,实现兼顾生态调度和电站发电。在此基础上,选取丰、平、枯共30个典型年进行分析。结果表明:不同典型年下考虑生态调度后梯级发电量减少0.01%~0.27%,来水越丰,生态调度的影响越大。就整个消落期来看,生态调度与兴利调度没有明显的冲突,但会影响梯级电站的消落进度,导致上游两座电站消落提前1旬左右,对下游两座电站影响较小。

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。

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。

金沙江下游三堆子河段卵石推移质输沙率公式研究

金沙江上中游梯级水库运用后,进入下游的悬移质输沙量大幅减少,水沙条件显著变化;同时,卵石推移质输沙量在总输沙量中的比重明显增加,对水库淤积进程影响显著,开展变化水沙条件下金沙江下游卵石推移质输移规律研究具有重要意义。基于下游入口三堆子水文站2008—2021年卵石推移质实测资料,对经典起动流速公式和推移质输沙率公式进行了检验与修正。结果表明:与经典起动流速公式计算结果相比,通过引入以卵石粒径为变量的系数,所得到的不同粒径范围的卵石推移质起动流速修正公式,计算精度显著提高;经典推移质输沙公式的计算结果在输沙强度较低时与实测值偏差很大,通过建立输沙强度与水流强度的关系,并引入隐暴参数对公式进行修正,明显提升了其在低输沙率情况下的计算精度。修正后的起动流速公式和推移质输沙率公式能更有效地反映三堆子河段卵石推移质的输移规律。

金沙江下游-三峡梯级水库2023年联合调度实践

金沙江下游-三峡梯级水库是治理和保护长江的关键性工程。为了进一步提高梯级水库应对持续枯水的能力,保障水资源综合利用效益全面发挥,结合2023年长江上游水雨情特点,全面分析了梯级水库应对持续枯水所实施的联合补水、汛期水位动态控制、联合蓄水等优化调度措施,总结提炼了梯级水库联合调度的成效和经验。实践结果表明:枯水期梯级水库累计向下游补水约243亿m^(3),有效保障了长江中下游供水安全以及航运、生态等综合效益;通过汛期抬水位、蓄水期精细化预报调度,有效提升了水资源利用效率,保障了梯级水库实现蓄满目标。提出的调度措施和经验可为今后流域控制性水库群联合调度方式优化提供重要参考。

金沙江下游梯级联合调度对川渝河段防洪效果评价

金沙江下游四级梯级水库联合调度为长江川渝河段提供了防洪安全保障,对其防洪调度效果进行评价,可以科学衡量与评估川渝河段防洪调度效果,促进流域洪水资源化利用。基于金下四级联合防洪调度方案,建立防洪、发电、生态和航运4个准则下的评价指标体系,采用改进的层次分析法和熵权法,构建川渝河段梯级水库防洪调度效果评价模型,综合考虑防洪和兴利效益,评估不同来水频率和不同起调水位的梯级水库防洪调度效果;对比溪-向两库联合调度与金下四级联合调度效果,分析乌东德、白鹤滩水库建成投产对于川渝河段防洪调度及洪水资源化利用的综合效果。结果表明:①随着乌-白两库起调水位升高,金下四级防洪调度效果系数呈现先升高后降低的趋势。②对于20,30,50 a一遇和100 a一遇洪水,乌东德和白鹤滩水库分别从(965 m和795 m)、(975 m和790 m)、(955 m和790 m)、(952 m和795 m)起调时,金下四级防洪调度效果系数最大,梯级水库联合防洪调度方案最优。③乌东德、白鹤滩水库建成投产后,川渝河段洪水资源化利用效果提升。研究成果可用于多功能、多保护对象的梯级水库防洪调度效果评价,为地区防洪调度决策提供依据。

金沙江下游梯级水库人造洪峰生态调度综合效益影响分析

5~6月的人造洪峰生态调度是促进金沙江下游产漂流性卵鱼类繁殖的重要手段。为探究人造洪峰生态调度对梯级水库综合效益的影响,拟定了梯级水库不同开展时段的生态调度方案,以发电量、弃水量、供水保障率为评价指标,选取丰(25%)、平(50%)、枯(75%)典型来水对各方案进行效益分析。结果表明:典型来水条件下,向家坝在不同时段开展生态调度对梯级水库效益无明显影响,白鹤滩、乌东德分别在6月上旬、6月中旬开展生态调度时梯级水库效益最大。

金沙江下游梯级水库提前蓄水策略

随着长江上游水库群汛末集中蓄水问题日益突出,在确保防洪安全的前提下,提前抬升水库运行水位,有序衔接防洪与蓄水调度显得尤为重要。以金沙江下游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝梯级水库为研究对象,选取发电量和水资源利用率为评价指标,探究汛期7—8月份梯级水库提前蓄水策略。研究结果表明:①平水(50%频率)、枯水(75%频率)和特枯(90%频率)来水条件下,乌东德、白鹤滩梯级水库应尽可能提前抬升运行水位,且优先抬升乌东德库水位。②7月份平水、8月份平水或枯水条件下,应优先将乌东德库水位抬升至960 m以上;7月份枯水、8月份平水或枯水条件下,应优先将乌东德库水位抬升至954 m以上。③不同来水条件下,溪洛渡水库应尽可能抬升库水位,但最高不超过585 m。

面向鱼类产卵繁殖的人造洪峰生态调度实践——以金沙江下游-三峡梯级水库为例

2011-2023年,金沙江下游-三峡梯级水库共开展了20次面向鱼类产卵繁殖的人造洪峰生态调度试验,在取得良好试验成效的同时积累了大量的经验。为系统梳理多年来的生态调度试验成效及经验,详细介绍了金沙江下游-三峡梯级水库人造洪峰生态调度试验的原理、要点、监测评价方法,回顾了历年调度试验开展情况,总结了调度经验并对未来优化方向进行了展望。结果表明,金下-三峡梯级水库人造洪峰生态调度试验有效促进了长江干流产漂流性卵鱼类产卵繁殖,其中三峡水库促进坝下代表性产漂流性卵鱼类——四大家鱼自然产卵繁殖效果最为显著。截至2023年,长江中游四大家鱼累计总产卵规模达382.5亿粒。在多年生态调度和十年禁渔计划等工作的共同推动下,四大家鱼资源量基本接近20世纪80年代水平。然而,受气候变化、鱼类产卵及发育特性变化、产卵场变化等因素的影响,人造洪峰生态调度试验需要在调度过程优化、调度效果评价、调度效果提升等方面开展针对性地优化调整。相关结果可为变化环境下相似流域开展面向鱼类产卵繁殖的人造洪峰生态调度试验提供参考。

金沙江下游流域水风光多能互补调度研究

针对金沙江下游水风光多能互补运行管理中系统难度增高、调度需求复杂多变以及多时空尺度的不确定性等难点,主要分析了该流域水风光互补性,对水光风多能互补系统长-短耦合调度研究表明,金沙江下游水、风、光资源整体互补性良好。短期调度建议采用新能源优先并网,水电出力与风光弃电响应关系呈现两端大中间小的特征。风光新能源与水电打捆形成互补系统进行中长期调度。整个多能互补系统发电量将增加0.40%~0.48%,其中梯级水电较独立运行将损失发电量0.08%~0.25%,但风光新能源消纳水平可提升3.97%~5.99%。