三峡工程运用后荆江与洞庭湖关系变化研究进展

荆江与洞庭湖之间存在复杂的江湖水沙交换关系,水沙变化引起江湖冲淤变化,进而影响长江中游地区的防洪安全与水资源利用等。三峡工程运用后坝下游水沙条件发生较大改变,江湖关系进一步调整。从江湖水沙关系变化、荆江特别是分流口门附近河道冲淤演变、三口分流洪道冲淤演变、洞庭湖区冲淤变化及城陵矶水位变化等方面,系统梳理了三峡工程运用后荆江与洞庭湖关系变化研究进展,得到以下结论:荆江三口分流量略有减少,分沙量大幅下降,藕池口河势调整较剧烈,进流条件有所恶化,洞庭湖由淤积转为微冲,湖区水位下降,城陵矶—汉口河段冲刷,城陵矶水位下降等,江湖水沙驱动机制仍存在一定不足,在荆江洪水位变化及洞庭湖未来演变趋势方面仍存在争议;指出了目前研究中存在的不足,如缺乏定量分析和系统性与完整性研究,并提出了下一步研究需重点关注的问题。

三峡工程运用后长江中下游河道冲刷特征及其影响

三峡及其上游干支流梯级水库建成运用后,大坝下游“清水下泄”引起了长江中下游河道发生长时间、长距离的冲刷。2001-2021年期间宜昌至长江口已累计冲刷了50.3亿m^(3),需厘清河道冲刷对河势、防洪、航运等方面产生影响。分析表明:三峡工程运用后,长江中下游河势总体稳定,弯道段出现切滩撇弯、汊道段出现塞支强干等现象;河道槽蓄量的持续增加,进一步增大了河道调蓄和行洪能力,但水流顶冲点的变化和近岸河床的冲刷下切,使得河道崩岸频发,并影响河势稳定和防洪安全;在河道冲刷、河势控制与航道工程综合作用下,长江中下游航道条件总体得到改善,但河道不均衡冲刷使得坝下游砂卵石河段出现“坡陡流急”,沙质河段出现洲滩散乱、航槽移位等现象,影响航道条件;同流量下枯水位呈下降态势,逢极枯年份影响长江中下游用水安全;江湖关系发生新变化,“三口”分流道由原淤积转为冲刷,两湖湖区水位不同程度的降低,枯水位出现时间有所提前,不利于湖区水资源和生态环境的安全与可持续发展;三峡工程实施枯水期补水调度和“压咸潮”调度以及长江口北支淤积减缓,对于遏制长江口咸潮入侵有利,入海泥沙显著减少引起长江口近岸河床冲刷,影响沿岸码头的安全运行。

嫩江干流江桥站近年来水文特征变化分析

江桥站为嫩江干流控制站,文中通过统计整理该站近年来的降水、径流、泥沙、水位流量关系等水文特征资料,分析各水文特征参数的变化情况,有利于进一步了解掌握流域水文特征变化趋势,为流域水资源管理和水旱灾害防御提供有力的基础技术支撑。

正构烷烃示源的阜新细河河道石油烃类污染特征及其影响因素分析

研究典型北方城市阜新主河(细河)河底沉积物和水中正构烷烃的含量和组成特征及相关关系,并对北方城市河道系统石油烃类污染的来源示踪和环境影响效应进行分析。选取细河阜新段分布的12个河底沉积物样点和13个水体样点环境样品的正构烷烃浓度、组成特征和物源指示性指标(主峰碳数、碳优势指数ICP、短链/长链正构烷烃丰度比值RL/H等)进行石油烃类污染物的示源分析,采用模型构建的方法进行了水体和沉积物正构烷烃浓度和ICP转换关系的建立,并讨论了二者结果对应性差异产生的主要原因。结果表明,(1)正构烷烃特征分布显示,细河河道正构烷烃组成主要分为两种类型:单峰型和双峰型,以双峰型为主。低碳数主要以nC15、nC17、nC19为主碳峰或次主峰,高碳数主要以nC29、nC31为主碳峰或次主峰。(2)沉积物和水体ICP和RL/H分析显示,细河阜新段河流中正构烷烃主要来源于石油和不完全燃烧的化石燃料以及陆源高等植物的混合输入。对比pH值,发现除异常点HD-8、ST-2和ST-3外,其余点位均为沉积物pH值大于水体pH值且为弱碱性,表明河流底泥污染较水体严重。(3)河流水体总正构烷烃质量浓度范围为39.5-8.13×10^(3)ng·L^(−1),沉积物总正构烷烃质量浓度范围为1.38-21.5μg·g^(−1)。(4)河底沉积物-水ICP转换表明,长期人类活动对河流沉积物中正构烷烃影响较大,突发性外源输入对水体正构烷烃影响较大。(5)河流正构烷烃浓度转换分析显示,采样期间除ST-1和ST-8水体采样点外,其余水体样点处没有突发性直接石油烃类污染排放。该研究结果可以为北方城市同类城市河道污染示源和石油烃类治理污染提供参考。

流域侵蚀产沙过程随尺度变化规律研究

寻求不同尺度下侵蚀产沙过程的变化规律和普遍规律,是进行尺度转换的基础。本文以岔巴沟流域及其团山沟径流场实测水文数据为基础,探讨了不同尺度下流域径流过程、侵蚀产沙过程、水沙关系随尺度的变化规律。通过对峁坡、全坡面、毛沟、支沟、干沟的径流和泥沙分析表明,全坡面将流域径流过程、侵蚀产沙过程、水沙关系有机的区分开为坡面和沟道两种类型的变化过程,而全坡面又对毛沟的径流和泥沙起主导作用。

黄土丘陵沟壑区小流域治理对侵蚀产沙特征的影响

以黄土丘陵沟壑区第Ⅲ副区内治理小流域桥子东沟和未治理小流域桥子西沟为对象,分析降雨、径流、泥沙资料,研究水土保持综合治理对流域侵蚀产沙、水沙关系、次降雨泥沙输移过程的影响。结果表明:水土保持综合治理的桥子东沟的年降雨侵蚀产沙显著低于未治理的桥子西沟。水土保持综合治理降低了径流平均含沙量、输沙率,桥子东沟的径流平均含沙量、输沙率比桥子西沟分别减少40%、80%。水土保持综合治理改变了次降雨径流含沙量和输沙率动态过程。治理初期,桥子东沟的径流含沙量过程都明显高于桥子西沟,桥子东、西沟输沙率在不同时间段有高有低;治理后期,桥子东沟的径流含沙量、输沙率都显著低于桥子西沟。水土保持综合治理影响小流域次降雨水沙关系。

三峡水库调度运行初期荆江与洞庭湖区的水文效应

以1951-2008年实测水文资料为依据,运用对比方法,分析了三峡水库调度运行初期,荆江与洞庭湖区的连琐水文效应。结果表明:①荊江冲刷量占宜昌至城陵矶段的78.9%,其平均冲刷强度也远高于该河段;②三口分流比减少2.33%、分沙比减少2.78%;③三口多年平均入湖径流泥沙比依次减少7.7%及24.4%;④洞庭湖区淤积速率减缓26.7%、汛期水量较同期多年平均值偏少20.2%,使湖区连年季节性缺水,前者对延长湖泊寿命有利,后者酿成了连年性的夏秋连旱灾害、居民饮用水、生产用水和航运等水安全问题以及涉及到了珍禽鸟类数量和种类减少,东方田鼠种群数量极度膨胀等生态系统的稳定性;⑤湖口多年平均输沙泄洪能力增强了26.6%和3.7%,避免了溃垸决堤之灾。并认为,为适应新的江湖关系变化,必须进一步优化调整三峡水库调度运行方案,重新审视江湖治理的理念,维系江湖连通的纽带。

灞河流域气候因子对水沙变化的影响

利用灞河流域蓝田气象站和马渡王水文站1960—2012年的气象、水文实测资料,分析灞河流域气候及水沙变化规律,同时运用相关性分析、灰色关联分析、多元线性回归模型等多种方法探讨了该流域水沙变化与气候变化的关系。结果表明:灞河流域降雨量、蒸发量、径流量和输沙量皆呈显著下降趋势,而气温呈上升趋势;降雨量与水沙都有重要的相关关系,1960—1990年影响径流量的气候因子敏感度由大至小依次为降雨量、气温、蒸发量,而1991—2012年则为降雨量、蒸发量、气温,当气温和蒸发量不变时,降雨量每增加1 mm,两阶段的年径流量分别增加0.14亿m3和0.08亿m3;1960—2012年影响输沙量的气候因子敏感度由大至小依次为降雨量、气温、蒸发量,当气温和蒸发量不变时,降雨量每增加1 mm,年输沙量增加0.668万t。

黄河下游河道洪水冲淤与水沙搭配关系

本文总结了以往对黄河下游河道冲淤临界条件的研究情况 ;利用 1960～ 1999年 42 2场洪水资料分析了影响洪水冲淤的各种水沙因素 ,建立了黄河下游 4个河段洪水排沙比与综合水沙系数的关系 ,该水沙系数包括流量、含沙量、洪峰流量变幅、洪水沿程衰减系数、洪水历时等 5个因素 ;利用 4个河段的冲淤临界条件勾画出了 4个河段洪水冲淤调整与来水来沙搭配 (或组合 )之间的关系 ;该关系可为小浪底水库调度决策以及黄河下游治理提供参考。

丹江口水库对汉江泥沙特性的影响研究

为分析人类活动对汉江泥沙特性的影响，以白河、皇庄和仙桃三个水文站为例，以丹江口水库关闸蓄水时间划分研究时段，利用1955-2006年的日流量和日含沙量资料对比分析了研究时段内汉江中下游年、汛期、非汛期、月输沙量及水沙关系的变化特性。结果表明，丹江口水库的运行对其下游年、汛期、非汛期输沙量、输沙量年内分配及水沙关系的变化特性均有显著的影响。

从水沙条件探讨黄河下游上下河段冲淤调整关系

在以往对黄河下游河道上段 (高村以上 )和下段 (高村到利津 )冲淤调整关系研究的基础上 ,通过 196 0～1999年 4 2 2场次洪水资料的统计分析 ,按三门峡水库不同运用期分析了上下段的冲淤关系 ,建立了上下段排沙比与水沙系数的关系 ,认为上下段冲淤关系随水沙搭配条件而变 :水流严重不饱和时上下段冲淤性质一致 ;轻度不饱和情况下上下段冲淤性质相反 ;水沙搭配基本平衡时上下段冲淤变化不大。根据上下段冲淤临界水沙系数关系绘制了上下段冲淤关系图 ,并首次按三黑小 (三门峡、黑石关、小董三站 )水沙搭配进行了定量分区 :上冲下淤、上淤下冲。

黄河下游防洪减淤对洪水水沙搭配的要求

本文总结了以往对黄河下游河道冲淤临界条件的研究情况,分析了下游河道淤积严重的水沙搭配情况;利用1960～1999年422场洪水资料建立了黄河下游4个河段洪水排沙比与综合水沙与边界系数的关系,该系数包括流量、含沙量、洪峰流量变幅、洪水沿程衰减系数、洪水历时、平滩流量、前期累积淤积量等因素;利用4个河段的冲淤临界条件勾画出了4个河段洪水冲淤调整与来水来沙搭配之间的关系;该关系可为小浪底水库调度决策以及黄河下游治理提供参考。

明渠交汇区水位变化特性试验研究

基于物理模型试验,探讨了天然河流交汇区水位变化特性,分析不同干支流来水条件下水位沿程变化、交汇区典型断面水位流量关系、交汇区泥沙起动流速变化等特性。结果表明,交汇区水位变化的强弱与干支流流量等密切相关,交汇区泥沙起动流速沿程变化与单一河道有明显差异。

变化环境下黄河中下游洪涝灾害发展新趋势

在自然与人类活动共同影响下,黄河中下游流域水循环多过程发生变化,影响了洪涝灾害的成灾模式和发展趋势。采用Morlet小波分析和趋势分析方法,对黄河中下游流域洪涝灾害现状、降水丰枯周期变化、降水强度和频率等进行了分析。结合社会经济发展、水沙关系和凌汛形成机制,剖析了黄河流域洪涝灾害的孕灾环境、致灾因子强度和承灾体脆弱性变化特征。结果发现,黄河流域洪涝灾害发展有如下新形势:黄河流域洪涝灾害整体呈现加重态势;支流和小流域洪涝灾害态势严峻;"小水大灾"频繁发生,损失惨重;凌汛灾情趋于缓和。

嘉陵江水土保持对三峡工程水沙的影响

嘉陵江是长江上游一条主要支流,年均径流量占宜昌16%左右,年均输沙量占宜昌25%左右,是三峡水库泥沙主要来源流域之一.自20世纪80年代“长治”工程实施以来,流域进行了较大规模的治理,至1996年底,累计治理水土流失面积的25.8%.通过对嘉陵江流域有关水文站在水土流失治理前后实测径流量和输沙量的变化分析,表明水土保持治理措施实施后,该流域输沙量有明显减少的趋势.三峡水库入库泥沙的减少,有利于发挥水库的综合效益.

长江新济洲河段河道整治与稳定分析

位于南京城市上游的长江新济州汊道段的整治工程正在实施。由于新济州汊道段河道历来多变,近10多年来对于该汊道段的整治方案一直存在争议,其焦点主要在于其整治方案中中汊封堵工程对河道稳定的影响。河道河相关系是表征河道稳定特性的重要参数,借助于该河段平面二维水沙数学模型计算成果,从整治方案实施前后的河相关系变化出发,进行河段整治稳定分析,从而对中汊封堵方案的合理性进行研究。研究结果表明:采用封堵中汊整治方案,新生洲左汊河道泥沙更容易产生落淤,对新生洲右汊河道稳定影响不大。

长江与洞庭湖关系变化初步分析

长江中游枝城至城陵矶河段称为荆江，荆江南岸沿程有松滋口、太平口、藕池口和调弦口（已于１９５９年建闸控制）分流入洞庭湖，洞庭湖又集湘、资、沅、澧四水经湖区调节后于城陵矶汇入长江，形成了复杂的江湖关系。受自然的和人为的因素影响，江湖关系不断地发生调整变化，这直接关系到长江和洞庭湖的演变及其治理，因此，深入分析江湖关系变化的规律及其影响，对研究三峡工程修建后江湖关系调整趋势及江、湖的治理均有重要意义。实测资料分析表明，近几十年来，长江与洞庭湖关系的调整变化，对长江和洞庭湖的演变及防洪产生了一定影响，应加强江、湖治理研究，通过治理使江湖关系朝着江、湖两利的方向调整。

黄河潼关站水沙关系频率及协调度分析研究

为了掌握黄河下游水沙关系变化趋势,基于黄河中游潼关站58 a的入库水沙量资料,采用P-Ⅲ型曲线建立径流量与输沙量的频率曲线,通过保证率对黄河下游的水量和沙量进行丰平枯划分,进一步提出了潼关站水沙协调度的定义和判别方法。结果表明:进入黄河下游水量和沙量丰平枯变化趋势基本一致,整体呈现出下降趋势,近10 a来水量在个别年份有向偏丰发展的趋势,而沙量有进入特枯的趋势;在58 a的水沙过程中,水沙协调度由水少沙多的搭配关系向水多沙少的搭配关系转变,特别是1997年以后,这一趋势更加明显。

黄河小北干流冲淤与水沙响应关系分析

依据实测大断面资料,给出了1974年以来黄河小北干流不同时段、不同河段的沿程冲淤量,分析了2003年以来该河段持续冲刷的原因,并对不同水沙搭配组合与小北干流冲淤量的响应关系进行了分析。结果表明:①1974年三门峡水库采用蓄清排浑运用方式以来,黄河小北干流的冲淤变化主要受来水来沙条件影响,基本保持非汛期冲刷、汛期淤积的特点。2003—2016年受上游汛期来沙量大幅减小的影响,沿程各河段汛期淤积量明显减小,在非汛期冲刷量减小不多的情况下,运用年各河段均为持续冲刷。②汛期水沙搭配组合中含沙量对冲淤量的影响程度更显著,运用年内水沙搭配组合中含沙量和流量对冲淤量的影响程度相当。

嘉陵江中段含沙量与浑浊度换算关系试验研究

鉴于嘉陵江水文监测通常检测含沙量而不是悬浮物浓度值,而城市自来水厂排泥水系统干泥量是用"悬浮物/浑浊度"换算关系K1值进行计算的,存在实际计算中只能用"含沙量/浑浊度"经验数据代替"悬浮物/浑浊度"但误差较大的问题,提出用"含沙量/浑浊度"代替"悬浮物/浑浊度"的适用条件,以及通过试验确定"含沙量/浑浊度"的换算关系,有助于解决城市自来水厂排泥水系统设计中的这一难题。通过对嘉陵江广元段取样水体含沙量进行测定,推算"含沙量/浑浊度"的换算关系。试验结果表明:嘉陵江中段水环境在Ⅲ类水体条件内,可用含沙量与浑浊度之比Cs/TU代替悬浮物与浑浊度之比SS/TU,且含沙量与浑浊度曲线趋势线高度吻合;嘉陵江中段含沙量与浑浊度呈幂函数关系,当Cs≤100 mg/L时,TU=0.977 3Cs0.856,100 mg/L<Cs≤1 000 mg/L时,TU=0.743 5Cs0.909,Cs>1 000 mg/L时,TU=0.542 8Cs0.952 6。