三峡水库调洪调度对江湖汇流区洪水相互顶托的影响

三峡工程是长江干流重要的控制性工程,自水库蓄水以来,下游河段的水情发生了较大变化。基于1990-2017年长江与洞庭湖汇流区的监利、城陵矶、螺山3个水文站7-8月水位及流量资料,运用相关分析、对比分析、汇流比等方法系统研究三峡水库调洪调度运行期(7-8月)对江湖汇流区水情的影响。结果表明:监利站下泄流量占来水总量的比重由58. 81%增加到60. 53%,洞庭湖湖口城陵矶站出流的比重由43. 19%减少至37. 68%。监利与城陵矶的汇流比由1. 36增加到1. 61;监利、城陵矶、螺山3站的流量、水位均有所下降,其中减少或下降幅度最大的是螺山站,7-8月平均流量减少6401. 39 m~3/s,水位下降了1. 32 m;监利、城陵矶、螺山3站之间的水文相关程度有所下降,其中螺山站的流量与监利站的水位相关性较强,其相关系数为0. 9219;在不同量级流量水位下,江湖洪水相互顶托强度均有不同程度的减弱,但其顶托作用仍然存在,其中以螺山站高洪水位对城陵矶和监利站泄洪的顶托作用较强。     

泥沙淤积与洞庭湖调蓄量变化

本文通过实测资料分析并比较了洞庭湖八十年代和六十年代调蓄量，在相同的入湖流量和出口城陵矶水位的条件下，得到汛期高水位时八十年代调蓄量大于六十年代的认识。调蓄量增大的主要原因是由于螺山至汉口河段的大量淤积，城陵矶附近长江干流的洪水位不断抬升，造成相同水位下洞庭湖出流量大幅度减少。上述调蓄量的增大，对降低长江中游河段水位起到积极的作用，但同时加重了湖区的防洪压力。     

三峡水库防洪调度对“09.8”上游洪水影响分析

针对2009年8月长江上游发生的较大洪水（简称“09.8”长江上游洪水）,为减轻荆江河段及荆南四河的防洪压力,控制三峡水库出库流量,实施削峰调度。通过还原计算,分析了防洪调度对荆江及城陵矶河段防洪的影响。结果表明,本次拦洪调度的三峡水库最高库水位达152.89 m,沙市、城陵矶水位均在设防水位以下,避免了荆江河段高洪水位,降低了防汛响应级别,减少了中下游防汛成本支出,同时增加了5.3亿kW·h的发电量,取得了较大的防洪与发电效益,是三峡水库建成以来首次大规模防洪调度的成功案例。     

长江城陵矶汇流河段水流运动特性试验研究

荆江与洞庭湖水流在城陵矶汇流河段的水流条件直接影响到上游河段水位变化和洪水传播,关系到荆江河段及洞庭湖的防洪安全,通过长江防洪实体模型试验,分析了不同流量下,荆江与洞庭湖不同汇流比及下游不同水位条件下,江湖汇流处水流特性的变化。研究表明,江湖汇流处水流具有显著的弯道水流特性,两股水流相互顶冲、掺混,流态复杂,水流态势表现出明显的不稳定性。采取措施降低下游水位、合理调度削减洪峰以及避免江湖洪水恶劣遭遇等,可以改善汇流河段水流条件、降低水位,从而有利于上游江湖防洪。     

荆江-洞庭湖水沙变化影响分析

荆江—洞庭湖水沙输移变化直接影响整个长江中游的防洪形势.通过实测资料分析了江湖水沙输移变化对荆江和洞庭湖的影响,分析表明,江湖水沙输移的调整变化引起下荆江流量的增加及城螺河段的淤积,城陵矶水位逐渐抬升,对荆江及洞庭湖防洪形势构成巨大威胁.采用河网水沙数学模型对三峡水库蓄水初期下游河道水沙输移变化及其影响进行了初步预测.计算结果表明,长江干流河道的冲刷使得荆江及洞庭湖区最高洪水位降低,防洪形势进一步缓和.     

荆江三口与洞庭湖水沙变化及影响

根据荆江三口与洞庭湖50年水沙资料,对荆江三口分流分沙变化、洞庭湖入湖和出湖的水沙变化、洞庭湖面积和容积变化、汇流河段的水位变化四个方面进行分析研究。从长系列资料来分析,荆江三口分流分沙自20世纪50年代以来明显减少尤其藕池口最为明显;入湖和出湖水沙也有减少趋势,洞庭湖面积和容积自20世纪90年代中期以来有增加趋势;在高水位时城陵矶水位较裁弯前抬高约1.8 m,低水位时较裁弯前抬高约2 m。     

洞庭湖区超标准洪水数值模拟研究

洞庭湖区是我国洪涝灾害频发的地区之一，随着近些年来极端天气越来越频繁，研究洞庭湖区在遭遇历史极端洪水下的防洪形势极具现实意义。以1870年、1935年、1954年长江洪水为研究对象，通过建立长江、洞庭湖及蓄滞洪区一二维耦合水动力模型，在现有地形及工程措施条件下，对洞庭湖区的水位及超额洪量进行模拟计算。结果表明：三峡及上游水库群补偿调度条件下，若遭遇1870年、1935年和1954年洪水，荆江附近及城陵矶附近的超额洪量大幅下降，再结合荆江地区及城陵矶附近蓄滞洪区的运用，洞庭湖区可安全度汛。三峡水库调蓄使枝城洪峰流量大幅下降，松滋口、太平口、藕池口（以下称为三口）洪峰流量也随之下降，洞庭湖区各站水位有所降低；蓄滞洪区分洪运用降低了莲花塘水位，荆江水面比降加大，三口洪峰流量进一步下降，受上游来水减少及下游水位降低的影响，湖区水位进一步下降。通过定量预测特大洪水长江中游及洞庭湖区防洪情势，可为洞庭湖治理提供科学依据，为提升湖区防洪减灾管理能力奠定基础。     

荆江与洞庭湖水沙关系演变及对城螺可段水情影响分析

长江荆江段通过荆江三口与洞庭湖相连，洞庭湖除通过三口接纳长江的水沙以外，还承接本流域湘、资、沅、澧四水的水沙，然后经七里山至城陵矶汇入长江，由此构成了复杂的江湖关系。１９６７￣１９７２年下荆江３处栽弯取直工程后，江湖关系发生了变化。根据１９５９￣１９９１年的水沙实测资料，对三口的过水量和沙量，洞庭湖的淤积，沿庭湖出口城陵矶至螺山河段的过水面积，水面比降进行了分析，阐述了荆江栽弯取直以后江湖关系的变     

2020年长江螺山站水位流量关系分析

螺山水文站的水位流量关系是制定长江中下游地区超额洪量分配和防洪总体方案的重要依据,但由于螺山站独特的地理位置而导致其水位流量关系受多种因素的影响。在研究螺山站行洪能力时,往往需要先区分和消除其特殊水力要素的影响,将不同水力条件下的实测流量成果改正至同一水力条件,然后再来研究其行洪能力的变化特征。为此,根据1954～2020年间大水年的实测资料,分析了2020年螺山站水位流量关系的特点;基于分析结果,研究了该站的主要影响因素及其变化规律。研究结果表明：(1) 2020年,螺山站的水位流量关系受下游洪水顶托的影响,同流量条件下水位偏高,与1998年和2016年的情况类似,但整体变幅仍在1998年和2016年等大水年的变化范围内。(2)近年来,螺山站的水位流量关系在年内和年际间随洪水特性的不同而上下摆动,但无趋势性变化。(3)城陵矶河段的行洪能力尚无明显变化。     

三峡水库洪水调度对洞庭湖吞吐水量的影响

三峡水库中小洪水调度运用改变了长江中下游汛期的径流过程,这一方面使荆江三口分流入洞庭湖的水文边界条件发生了变化,另一方面也改变了长江对洞庭湖出流的顶托作用,导致洞庭湖的吞吐水量发生一定的变化,区域防洪形势也随之改变。以江湖河网水流数学模型为技术手段,以三峡入库与出库流量过程为边界条件,计算分析了三峡水库2009—2012年中小洪水调度对洞庭湖吞吐水量的影响。计算结果表明,三峡水库进行中小洪水调度期间,荆江三口分流量均有一定幅度的减少,长江干流及洞庭湖区水位均有所下降,洞庭湖的出流条件有所好转,能有效缓解荆江及洞庭湖区的防洪压力。     

1960-2015年洞庭湖水资源演变特征分析

洞庭湖是我国第二大淡水湖,也是长江流域重要的调蓄湖泊。由于受下垫面变化、人类活动和气候变化等的影响,洞庭湖流量、水位呈现新的变化趋势,研究洞庭湖水资源演变特征可为洞庭湖保护提供依据。采用Mann-Kendall突变检验方法对洞庭湖出口控制水文站城陵矶（七里山）及长江干流水文站枝城站、螺山站的1960-2015年流量、水位的年际和年内变化趋势进行分析。结果表明：洞庭湖上游长江枝城站在2000年以前径流量变化不大,但从2001年起呈现下降的趋势,水位呈现先上升后下降的趋势,洞庭湖出口城陵矶（七里山）站整体径流量呈现下降的趋势,而平均水位呈现上升的趋势,洞庭湖下游长江螺山站径流量整体上变化不显著,平均水位则呈现上升的趋势;三峡枢纽运行后,3个水文站汛期（4-10月）的径流量和水位均呈现下降趋势,枯水期（1-3月）则出现水位上升趋势;长江上水利工程尤其是三峡工程的修建,对洞庭湖水资源的调节影响明显。     

2017年汛期三峡水库城陵矶防洪补偿调度影响分析

2017年6月下旬至7月初,长江中下游连续发生两次强降雨过程,7月1日长江形成2017年第1号洪水,长江中下游干流莲花塘以下江段及洞庭湖、鄱阳湖水位全线超警,发生了中游型大洪水。为减轻长江中下游防洪压力,避免莲花塘站超保证水位,7月1～3日,对三峡水库进行了城陵矶防洪补偿调度,将出库流量由27 300 m3/s减至8 000 m3/s。对2017年汛期三峡水库对城陵矶进行防洪补偿调度后,水库泥沙淤积、荆江三口分流、坝下游河道冲淤与崩岸以及长江中下游洲滩淹没等影响进行了分析。结果表明,调度实施后,显著减轻了洞庭湖区及长江中下游干流的防洪压力,有力保障了长江中下游的防洪安全。研究成果可为三峡水库制定科学调度方案、进一步发挥三峡工程综合效益提供支撑。     

洞庭湖治理与湖区湿地保护探讨

洞庭湖是长江洪水的天然调蓄场所,不仅承接湘、资、沅、澧四水水沙,还纳入由荆江三口分泄的长江水沙,经湖泊调蓄后由城陵矶注入长江,形成了复杂的江湖关系,需要加强流域统一管理。通过分析洞庭湖区自然、经济状况及湖区湿地情况,结合1998年大水后湖区的治理情况及三峡工程蓄水运用后江湖关系的新变化,深入分析湖区湿地生态环境所面临的诸多问题,探讨如何在新一轮洞庭湖综合治理过程中,科学处理湖区综合治理与湿地生态环境保护与修复的关系。提出了洞庭湖统一管理措施,以便有效保护洞庭湖湿地生态环境与资源。     

Influence of Sediment Transport on Water Levels in the Middle Yangtze River

Abstract

In this paper, sediment transport and deposition variety in the Yangtze River and Dongting Lake regions are comprehensively analyzed based on field data. The study shows that the gradual decrease of diversion ratio of water and sediment from the Yangtze River to the Dongting Lake is not only the primary cause of the decrease of sediment deposition in the Dongting Lake and the increase from Luoshan to Hankou reach, but also the primary cause of the elevated water levels in the Yangtze River, as well as decreasing flood regulation capacity in the Dongting Lake region. Thus the strategy of reduction and prevention of flood disasters is to deposit more sediment in the lake area, dredge the river channel, and reinforce dikes along the Yangtze River     

利用三峡枢纽下泄"清水"改善洞庭湖和荆江的防洪局面

随着三峡水库蓄水，上游金沙江大型水电枢纽陆续建成，三峡水库将长期下泄含沙量较小的“清水”。含沙量的大量减小使长江中游实质上已成为一务新的冲积河流。“清水”大幅度地冲刷荆江河段，将对荆江堤防、河势、航道和防洪形势产生重大的影响。另一方面，三峡水库长期下泄的“清水”具有可观的冲刷能力，是一笔宝贵的财富，善加利用可以改善长江中游的防洪形势。本文建议：增加引“清水”入洞庭湖的水量，一方面避免“清水”对荆江河道的过度冲刷；另一方面可以冲刷洞庭湖的一些关键部位，改善湖区的防洪形势、并促进城陵矾以下长江河道的冲刷。     

基于MLP方法的长江-洞庭湖江湖水沙交换演变规律研究

基于多层感知机MLP(Multi-layers Perceptrons)方法建立了长江和洞庭湖水沙交换关键节点间的回归关系,计算并分析江湖水沙交换各节点的联动变化。研究结果如下:（1）城汉河段（城陵矶-汉口）的河床冲淤及水情变化是江湖水沙通量演变的重要环节,分析下荆江裁弯后三口和干流水沙通量的变化可知,城汉河段淤积严重导致荆江水沙下泄受阻;（2）三峡水库运用后,荆江河段上下游间、主支汊间的水沙联系减弱明显;（3）当汉口水位高于26 m时,汉口水位每抬升1 m对应的螺山流量增量基本稳定,该值在调弦口建闸前后、裁弯后、葛洲坝截流后和三峡水库运用后分别为4 400,4 300,4 500～4 700 和4 000 m3/s;（4）荆江三口水沙分泄能力对宜昌站来水量的响应程度逐渐减弱,在三峡水库运用前各时段内,三口水沙分泄能力对来水量的响应程度在汛期宜昌站流量站流量为35 000 m3/s时最强,三峡水库运用后,则是在汛前和汛后宜昌站流量为25 000 m3/s时最强。     

Mathematical model for flood routing in Jingjiang River and Dongting Lake network

The main stream of the Yangtze River, Dongting Lake, and the river network in the Jingjiang reach of the Yangtze River constitute a complex water system. This paper develops a one-dimensional (1-D) mathematical model for flood routing in the river network of the Jingjiang River and Dongting Lake using the explicit finite volume method. Based on observed data during the flood periods in 1996 and 1998, the model was calibrated and validated, and the results show that the model is effective and has high accuracy. In addition, the one-dimensional mathematical model for the river network and the horizontal two-dimensional (2-D) mathematical model for the Jingjiang flood diversion area were coupled to simulate the flood process in the Jingjiang River, Dongting Lake, and the Jingjiang flood diversion area. The calculated results of the coupled model are consistent with the practical processes. Meanwhile, the results show that the flood diversion has significant effects on the decrease of the peak water level at the Shashi and Chenjiawan hydrological stations near the flood diversion gates, and the effect is more obvious in the downstream than in the upstream.     

三峡水库调蓄作用下荆江三口逆流现象成因解析

荆江三口是长江干流分流至洞庭湖以减轻荆江河段防洪压力的重要洪道。2017年长江1号洪水期间,荆江三口出现历史罕见的江湖逆流现象。为探明三口逆流现象成因并揭示其在江湖防洪中的作用,基于大量原始数据,对比分析了近60 a来尤其是三峡水库蓄水以来主要洪水期间的分流情况,并通过分析2017年三口逆流期间主要口门控制站的来水情况、水位演进过程、洪道沿程比降及同期三峡水库调蓄操作,明确了发生三口逆流的充要条件。研究成果能够为科学调度长江中上游水库群、有效缓解洞庭湖区的防洪压力提供有益借鉴。     

三峡水库蓄水期洞庭湖区水文情势变化研究

洞庭湖湖区的水文情势变化直接影响到区域洪水灾害防治、水资源利用、水环境保护和水生态安全维护,意义重大。基于实测资料分析了三峡水库运行前后洞庭湖区水文情势变化,受三口分流量减少和来水偏枯等综合因素影响,2003～2016年8～11月洞庭湖入、出湖水量较1981～2002年分别减少26%和23. 7%,湖区水位下降0. 76～1. 27 m。建立了长江与洞庭湖一、二维耦合水动力模型,模拟计算了三峡水库蓄水期初设调度方案、优化调度方案和规程调度方案下长江干流及洞庭湖区的水文过程,3种方案对应的城陵矶站蓄水期多年旬平均流量分别减少1 220,928,900 m~3/s,湖区鹿角站蓄水期多年旬平均水位分别降低1. 47,1. 23,1. 20 m。实际调度流量减小812 m~3/s,水位降低1. 14 m,表明实际调度最优。从不同调度方案比较来看,实际调度提前了起蓄时间,减缓了对洞庭湖区水文情势的不利影响。