Effect of changes in flow runoff on the elevation of Tongguan in Sanmenxia Reservoir

This paper presents a study of the variation of the elevation of Tongguan, which is located in the backwater zone of the Sanmenxia Reservoir, in response to changes in flow runoff. The analysis indicated that the rise of the eleva- tion of Tongguan, which is defined as the stage corresponding to a discharge of 1000 m3/s at Tongguan station, is controlled by the stream energy. A close relationship existed between the elevation of Tongguan and the superimposed stream en- ergy that integrates the current and the preceding years’ flow and dam operation conditions. When the flow runoff remains relatively constant and the pool level of the dam has a rela- tively large range of variations, then the elevation of Tong- guan is primarily controlled by the dam operation conditions. On the other hand, if the flow runoff has a relatively large range of variations and the pool level of the dam remains relatively constant, then the elevation of Tongguan is primar- ily controlled by the flow conditions. These findings are of importance for optimizing the dam operation in order to lower and control the elevation of Tongguan, and therefore to minimize the backwater effect of the dam operation.

三门峡水库控制运用方式的优化探讨

三门峡水库“蓄清排浑”运用为多沙河流的治理提供了宝贵经验,随着来水来沙情况的变化及对水库功能需求和对水库泥沙冲淤规律认识的深化,该运行方式亦在实践中不断调整和完善。为此,针对不同的典型年份设定集中敞泄与分段敞泄的敞泄排沙方案,采用一维非恒定水沙数学模型,对选取的2018~2019年丰水少沙年和2014~2016年枯水少沙年设定12种控制运用方案进行模拟,比较各方案下库区冲淤变化的优劣,据此选取适合三门峡水库的控制运用方式。结果表明,2018~2019年分段敞泄方案的冲刷效果优于集中敞泄方案,即使在后汛期的控制水位抬高至310 m,也能达到较好的冲刷效果;2014~2016年分段敞泄方案虽优于集中敞泄方案,但其冲刷主要集中于2014年汛期,2015、2016年整体呈淤积状态,综合考虑建议枯水少沙年份水库采用“泥沙年际调节”运用模式。

小浪底水库对接时机与对接水位的库区调控效应

如何运用水库群联合调度发挥最大的排沙效益是水沙调控的关键技术难题。选择2023年汛前黄河调水调沙时期三门峡水库和小浪底水库联合调度运用为对象,分析两库不同对接时机与对接水位的小浪底水库进出库水沙过程,量化两库间不同对接时机与对接水位的水沙调控效应。三门峡水库自身蓄水量较小、调水能力有限,通过改变三门峡泄流出库时机,产生的小浪底库区冲刷效果差异较大。随着对接水位的降低,库区冲刷量逐渐增加。随着三门峡水库相对起泄时间的推迟,库区冲刷量呈现先增加后减少的趋势。

考虑多源入库水出库水的三门峡-小浪底水库汛期联合优化调控

三门峡-小浪底水库联合运用是黄河调水调沙的关键环节。为更好地发掘三门峡和小浪底水库联合优化调控的潜力,提升水沙调控效果,以汛期来水较多的2020年为例,分析了三门峡和小浪底水库库区降雨、蒸发、支流来水、取用水等入库水和出库水过程,以发电和排沙综合效益为目标函数,建立了考虑多源入库水出库水的三门峡-小浪底水库联合优化调度模型,开展了水沙优化调控研究。研究成果表明:1)库区降雨、蒸发、支流来水及取用水等次要入库水出库水对三门峡水库和小浪底水库水量的贡献分别为2.71亿m^(3)和-0.85亿m^(3)。其中,入库水量主要集中于汛期,而出库水量在全年分布相对均匀。2)三门峡库区的次要入库水出库水量占库容的36%左右,将对三门峡-小浪底水库联合优化调控产生影响。3)考虑多源入库水出库水的三门峡-小浪底水库联合优化调控的排沙量有所增加,小浪底水库的汛期发电效益增加约2599.4万元。

2021年秋汛期三门峡水库潼三区间来水量研究

2021年黄河发生1949年以来最严重秋汛,三门峡水库在此次秋汛防洪调度中发挥了重要的作用。由于潼关至三门峡区间(潼三区间)缺乏水文监测,因此在2021年秋汛期以潼关站计算的入库水量与实际水量相差10.4亿m^(3),对区间来水考虑不足影响了三门峡水库的精准调度。从库区区间来水分析着手,以潼三区间为研究对象,根据数字高程模型、土地利用类型、土壤类型、气象水文等数据,建立了HEC-HMS分布式水文模型,选取包括2021年秋汛在内的11场实测洪水资料进行率定和验证。结果表明,11场洪水模拟洪峰流量误差均小于20.0%,平均确定性系数为0.725,模拟合格率为90.9%,较准确地模拟了2021年秋汛期潼三区间来水过程,并量化了不同支流对区间来水总量的贡献率。

三门峡水库原型试验以来渭河下游河床稳定性变化及其影响因素

为探究渭河下游河道形态演变特征及影响机理,基于多年水文观测资料分析渭河下游河床稳定性演变规律,探讨三门峡水库原型试验以来(2003~2020年),来水来沙条件、潼关高程变化、河道边界条件与河床稳定性的响应关系。结果表明,原型试验期内,渭河下游河道年均径流量呈缓慢增加趋势,年均含沙量均呈缓慢减小趋势,河段河槽呈扩张趋势,潼关高程呈逐年下降趋势。原型试验期前后,渭河下游河段河床横向、纵向和综合稳定性系数均增加,原型试验期内,河床稳定性呈逐年上升趋势。前期3年平均水流冲刷强度和潼关高程变化是影响渭河下游河床综合稳定性的重要因素,利用多元回归分析方法建立了渭河下游河床综合稳定性的经验计算公式,验证了所提经验公式的准确性和可靠性。研究成果可为渭河下游及类似河流管理提供参考。

黄河三门峡水库水沙电耦合模型研究及应用

为实现多沙河流水库短期兴利效益和长期减淤效益的平衡,采用数学模型研究水库减淤与发电综合效益具有重要意义。充分考虑水沙输移和河床变形的耦合作用,通过结合一维水沙计算模块、水库调度模块以及发电计算模块,建立了考虑水库调度的水沙电耦合计算模型。将该模型应用到三门峡水库,采用2019水文年和2020水文年实测水沙资料分别对模型进行率定及验证。并应用该模型研究了不同水沙条件和调度方式对水库冲淤和发电的影响。计算结果表明:各测站流量、水位以及含沙量的计算过程与实测过程符合较好,发电量计算值误差均在15%以内,该模型能较为准确地模拟库区冲淤及电站发电过程;较丰水枯沙过程,其余3种典型水沙条件下冲淤量和发电量变幅分别达129%~360%及18%~52%,受入库水沙条件影响大;降低非汛期起调水位有利于控制非汛期库区淤积,提高汛期敞泄的临界入库流量有利于提高减淤及发电综合效益。

三门峡水库冲淤重心变化及其对潼关高程的影响

以往关于三门峡水库的研究多关注库区年际间的冲淤变化,而对汛期和非汛期库区冲淤分布研究较少。本文基于三门峡水库蓄清排浑运用以来19742018年实测水沙、断面及冲淤数据,研究汛期和非汛期库区冲淤重心的迁移、冲淤速率及其对潼关高程的影响。结果表明,蓄清排浑运用以来库区河道基本遵循汛期冲刷、非汛期淤积的演变规律。分别定义汛期最大冲刷速率和非汛期最大淤积速率发生的相邻两断面间的子河段为冲刷重心和淤积重心,汛期冲刷重心与非汛期淤积重心出现的位置基本对应,19742010年冲淤重心由距坝约90 km逐渐向坝前移动,平均下移速率约1~2 km/a;2010年后冲淤重心逐渐上移,2017年位于坝上游约60~70 km,但冲淤强度明显减弱。淤积重心的位置主要受水库回水长度影响,冲刷重心主要与汛期水流能量相关,淤积重心位置迁移滞后于影响因子的变化约5年,而冲刷重心滞后时间约2年。潼关高程与潼关至太安段(潼太段)比降呈反比关系,比降越大,潼关高程越低,而当冲刷重心迁移至潼太段并影响其下段时,潼太段比降增大,利于潼关高程降低。1985年后回水范围和冲淤重心均位于潼关以下,潼关高程受冲淤重心影响较小。

三门峡库区湿地水体氢氧同位素变化特征研究

湿地水文过程控制着湿地的形成与演化。三门峡库区湿地是典型的多泥沙河流湿地,对黄河中游河道水沙调节和生物多样性具有重要意义。为研究三门峡库区湿地的水文循环特征,基于稳定同位素技术,采集河流水、地下水、土壤水样品,测定各类水体中稳定氢氧同位素δD和δ^(18)O的含量,分析三门峡库区湿地不同水体的氢氧同位素变化特征。结果表明:①三门峡库区湿地内土壤水中的稳定氢氧同位素含量最高,河流水中的次之,地下水中的最低。②河流水中的氢氧同位素含量2018年蓄水期的最高,2020年泄水期的最低,地下水和土壤水泄水期的氢氧同位素含量均高于蓄水期的。③河流水、地下水和土壤水中δ^(18)O和δD的相关关系分别为:δD=6.342δ^(18)O-2.873、δD=4.928δ^(18)O-19.425和δD=6.390δ^(18)O-3.588,各类水体拟合方程的斜率和截距均小于当地大气降水线,说明这些水体均受到大气降水的补给。该研究结果可为湿地水循环理论和湿地生态保护提供科学支撑。

三门峡库区湿地自然保护区植物多样性及群系类型调查

通过查阅相关文献,采用样线结合样方的调查方法,对三门峡库区湿地自然保护区的植物资源种类和群系类型进行调查。结果表明,三门峡库区湿地自然保护区共有维管植物80科285属598种。湿地生态植被划分为4个植被型组10个植被型80个植被生物群系。

一维水库溯源冲刷数学模型及其应用

溯源冲刷是水库重要的排沙减淤措施之一。为了更好地掌握溯源冲刷过程中库区河床的冲淤规律,采用基于有限体积法求解的一维水沙耦合数学模型,并改进了挟沙力公式中参数的取值方法,模拟了三门峡水库1975年和1964年的溯源冲刷过程,采用库区实测资料分别对该模型进行率定与验证。计算结果显示模型计算值与实测值总体符合较好,计算精度较高。采用改进后的一维水沙耦合数学模型,能较为精确地计算三门峡库区的溯源冲刷过程和不同排沙方案的比较。

黄河三门峡库区浮游植物群落结构空间分布特征及多样性

三门峡水库是重要饮用水源地,为了解黄河三门峡水库浮游植物情况,揭示水库修建与运用对浮游植物群落特征的影响,进而判定其富营养化风险,于2019年7—8月、2020年6—7月对该库区不同河段(自然河道段、过渡段、库区段)的浮游植物群落结构进行研究,计算了浮游植物组成、密度、生物量、Margalef丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数等。结果表明:三门峡库区浮游植物共6门39种,群落组成以硅藻占绝对优势,其次为绿藻、蓝藻;浮游植物密度、生物量、Margalef丰富度指数在不同河段均呈现显著空间异质性,三门峡水库修建与运行显著改变了浮游植物群落特征;三门峡库区水体总体为中营养,其中自然河道段为贫营养,过渡段和库区段均为中营养。

三门峡黄河湿地沉积物理化特征及影响因素分析

研究湿地沉积物理化特征对湿地氮汇能力有重要意义。以三门峡黄河湿地为典型研究区域,分别对天然湿地与向日葵农作区湿地进行了测定,分析了三门峡库区湿地水沉积物特征。结果表明:三门峡黄河湿地水体呈弱碱性、含氧量高。沉积物中营养物质匮乏,TON含量低于0.1%,TOC含量低于0.5%。沉积物中无机氮以氨氮积累为主。在向日葵豆种植区域内,受人工施肥的影响,沉积物无机氮含量远高于天然湿地,其中氨氮最大值为6.27±0.36 mg/kg,硝氮最大值为7.51±0.97 mg/kg。在天然湿地中氮流失主要为反硝化,以表层反硝化速率最快为1.09 mg N/(kg·d)。在人工种植区域内,湿地氮流失主要为厌氧氨氧化,表层厌氧氨氧化速率最快为0.14 mg N/(kg·d)。

三门组的内涵及其意义

黄河三门峡水库北岸的山西省平陆县黄底沟剖面 ,较完整地保存着古三门湖湖相沉积记录。经磁性地层研究结果表明 ,古三门湖沉积起始于吉尔伯特负极性时中期 ,大约在 5MaB .P .;结束于布容正极性时晚期 ,结合热释光年龄 ,大约在 1 5 0kaB .P .。鉴于这套地层均属古三门湖沉积地层 ,按照岩石地层学的命名原则 ,依然称之为三门组 ,并根据岩性特征自上而下划分为三段 :上段以砂层为主 ;中段以粘土层为主 ;下段为底砾石层。黄底沟剖面是已知的记录古三门湖发育起始时间最早。

潼关以下黄河三门峡库区汛期冲刷规律分析

通过实测资料对 1974年以来三门峡库区溯源冲刷和沿程冲刷进行了分析 ,指出了溯源冲刷的范围 ,初步研究了溯源冲刷的发展过程及其与入库流量、坝前水位和河床条件等之间的关系 ,并对沿程冲刷及其与水沙的关系进行分析 ,明确了大流量时沿程冲刷和溯源冲刷是水库冲刷的主要形式 ,是增大水库排沙的主要途径。

潼关高程变化及其对渭河下游淤积的影响

三门峡水库 196 0年投入运用之后 ,经过两次改建和三次运用方式的调整 ,不仅发挥了较大的防洪、防凌效益 ,也为多沙河流上修建水库长期保持兴利库容创造了丰富的经验。但水库运用也给库区造成了一系列问题。作者对水库运用以来潼关高程变化和渭河下游冲淤演变进行了分析 ,认为建库初期蓄水、滞洪运用是渭河下游产生严重淤积的根本原因 ,1991年以来渭河下游的淤积主要受水沙条件影响 ,潼关高程的居高不下使问题更加严重。

三门峡水库环境影响综合评价

三门峡水库的修建,使区域环境状况和河流水文情势发生了一系列变化:如生物多样性的下降、泥沙淤积、库岸崩塌、土地盐碱化、水质恶化等。文章通过对这些环境问题的分析,认为经过40多年的运用,三门峡水库在较大范围内改变并逐渐稳定了区域的环境生态平衡。并提出加强水资源的管理和保护、及时运用水库的联合调度、处理好移民问题等对策来进一步改善库区的生态环境。

季节性Kendall检验及其在三门峡水库水质趋势分析中的应用

选择1997—2002年三门峡库区的龙门、潼关和三门峡3个断面的水质监测资料,运用季节性Kendall检验方法分析三门峡水库水质趋势,结果显示:龙门断面,CODMn、NO2-N及Hg的变化趋势不明显,NH3-N呈显著上升趋势,As、Cd和Cu呈显著下降趋势,而Pb则呈高度显著下降趋势;潼关断面,NH3-N、NO2-N和Hg的变化趋势不明显,CODMn呈显著上升趋势,As、Cd和Pb呈显著下降趋势,而Cu则呈高度显著下降趋势;三门峡断面,CODMn、NO2-N、As及Hg的变化趋势不明显,NH3-N污染呈显著上升趋势,Cd呈显著下降趋势,而Cu和Pb则呈高度显著下降趋势。

潼关高程及三门峡水库运用方式问题探讨

作者对潼关高程从三门峡水库“蓄清排浑”运用以来的变化进行了分析 ,指出潼关高程近年来不断上升的主要原因是由于汛期来水量大幅度减少所致。要控制和降低潼关高程 ,必须调整三门峡水库的运用方式来适应新的来水来沙条件。建议非汛期最高运用水位控制在 3 1 6～ 3 1 8m ,汛期敞泄排沙流量减小到 1 0 0 0～1 5 0 0m3 s,桃汛起调水位 3 1 3m ,6月上旬运用水位降至 3 1 0m。