三峡水库汛期控制水位及运用条件

随着长江上游梯级水库的陆续建成投运，三峡水库的水文情势和功能需求与设计条件相比发生了显著变化，仍维持固定的汛限水位运行已不能适应新形势需求。本文通过辨析三峡水库设计阶段汛限水位的设置条件，挖掘流域洪水特性和洪水遭遇规律，论证三峡水库汛期运行水位动态控制的可行性。结果表明：① 三峡水库设计推求的汛限水位145 m的适用条件是应对流域性大洪水，而流域性洪水发生概率小且特征明显，可以通过水文水情分析提前预判。② 根据流域洪水类型、洪水分期和遭遇规律，预判发生区域性大洪水时，三峡水库6月初至梅雨期结束汛限水位按145 m设置，从梅雨期结束后逐渐提高水位，8月20日后过渡到155 m。③ 在考虑上游水库群联合调度和气象水文预报的配合下，正常年份三峡水库汛期运行水位可在155 m上下浮动，并考虑提前蓄水。④ 三峡水库汛期运行水位动态控制，不会增加防洪风险和库区淤积风险，对中下游江湖关系和水文情势有利，可显著提高发电、航运、生态保护和供水等综合利用效益。     

三峡水库汛期控制水位及运用条件

随着长江上游梯级水库的陆续建成投运，三峡水库的水文情势和功能需求与设计条件相比发生了显著变化，仍维持固定的汛限水位运行已不能适应新形势需求。本文通过辨析三峡水库设计阶段汛限水位的设置条件，挖掘流域洪水特性和洪水遭遇规律，论证三峡水库汛期运行水位动态控制的可行性。结果表明:①三峡水库设计推求的汛限水位145 m的适用条件是应对流域性大洪水，而流域性洪水发生概率小且特征明显，可以通过水文水情分析提前预判。②根据流域洪水类型、洪水分期和遭遇规律，预判发生区域性大洪水时，三峡水库6月初至梅雨期结束汛限水位按145 m设置，从梅雨期结束后逐渐提高水位，8月20日后过渡到155 m。③在考虑上游水库群联合调度和气象水文预报的配合下，正常年份三峡水库汛期运行水位可在155 m上下浮动，并考虑提前蓄水。④三峡水库汛期运行水位动态控制，不会增加防洪风险和库区淤积风险，对中下游江湖关系和水文情势有利，可显著提高发电、航运、生态保护和供水等综合利用效益。     

汛期分期的圆形分布法研究

首次采用圆形分布法计算洪水发生的集中期、集中度和高峰期的起止时间，由此确定汛期分期。三峡水库的计算结果表明，汛期分期结果合理可靠。统计试验显示，考虑洪水量级的圆形分布法效果最优。圆形分布法可以较好地描述洪水季节性特征，为洪水汛期分期计算提供了一条新的途径。     

基于投影寻踪的汛期分期探讨

汛期分期研究是实现电站、水库动态汛限水位调度控制的基础.本文从汛期分期的实质--时序系列高维数据聚类分析出发,以投影寻踪理论为基础,构造了水库汛期分期投影寻踪模型,然后采用遗传算法实现了模型参数的优选,并将该方法应用于滦河流域潘家口水库汛期分期中,并与其它计算方法相比较,得出了合理结论.采用投影寻踪方法来进行汛期分期具有过程简单、结果直观的优点,不失为一种好方法.     

基于随机有限元的堤防渗透失稳概率分析

基于随机有限元理论进行了堤防渗透失稳概率分析,探讨了渗透系数变异性、洪水位变化、堤防几何尺寸变化对渗透失稳概率的影响。结果表明,随着渗透变异系数的增加,渗透失稳概率基本呈线性增长,当变异系数增大到一定程度时渗透失稳概率保持不变,随后略有下降;随着汛期水位的升高,堤防渗透失稳的概率不断变大;渗透失稳概率随着堤防坡度变陡而不断地增加,尤其是在堤防坡比大于1：2.5时,其渗透失稳概率增加得非常快。     

可靠性理论在边坡反分析中的运用

将反分析方法和可靠性理论相结合,分析了两者的异同点和存在的问题,提出了一种方便而实用计算方法用于在边坡反算中选择岩土体参数,该方法给出了在统计信息有限的情况下,如何处理各参数均值的思路。     

裂隙岩体抗滑稳定分析的概率方法

本文应用概率论和数理统计理论,探讨了裂隙岩体抗滑稳定分析方法。根据裂隙产状服从半球法线分布的假设,求得裂隙组集中产状的均值、方差和均值的可信区间。根据剪断试验资料,尝试用两点法确定抗剪参数的分布。采用极限平衡理论,应用蒙特卡洛法,计算坝肩岩体中可能滑动的块体的安全特征β和块体的稳定安全可靠度Pr,以此来评价该块体的稳定性。为了研究单个参数对稳定性的影响,在稳定性可靠度分析的程序中考虑了参数的灵敏度分析。最后给出了块体失稳的破坏概率Pf和安全系统Kc之间的关系,以便与常规的确定性分析加以比较。     

水位负偏分布频率计算方法分析与研究

由于水文样本如汛期坝前最高水位系列常为负偏态分布,用传统的频率配线计算,则相应的理论累积频率曲线与经验点的分布差别较大,本文分析了在样本系列出现负偏态时求解理论频率曲线的方法,其配线效果较好.考虑水库汛期最高水位分布常为负偏,和上、下端区间为有限的情况,本文提出引用多项式拟合经验点的概率理论频率曲线,经过初步检验,效果较好.     

荆江河段泥沙冲淤对三峡水库汛期排沙的响应

三峡水库汛期排沙研究大多关注库区的减淤效应,对坝下游河道的冲淤影响尚需进一步研究,对优化水库调度和河道保护利用具有重要意义。以三峡水库下游荆江河段为对象,建立了荆江长河段二维水沙数学模型,并结合实测资料分析,基于三峡水库2018年7月排沙调度,通过设置不同的排沙比(7%～100%),计算分析了荆江河段冲淤对三峡水库排沙比的响应。结果表明：虽然荆江河段全年总体冲刷,但排沙比较大时汛期仍可能淤积,上荆江河段受排沙调度影响相对较大;总体而言,2018年汛期水沙条件下,30%左右的排沙比是荆江河段洪季冲淤的临界点;排沙比提高后,汛期淤积部位大部分为边滩等缓流区,以及弯曲河段凹岸等,主槽仍冲刷,对维护滩槽高差具有积极意义。     

三峡工程变动回水区流量监测技术研究

对变动回水区流量的高精度快速监测是入库洪水监测的重要手段，也是水库安全进行调度 防洪决策的重要依据。三峡水库建成后，回水后的流量测验条件会产生较大变化。在汛期，由于三峡水库低水位运用，该河段仍保持天然河道的特性。     

瀑布沟水库汛期洪水分期特性研究

根据瀑布沟汛期洪水资料和环流形势等天气资料,分析瀑布沟汛期洪水与环流形势的关系,通过数理统计、模糊分析等方法分析了瀑布沟汛期洪水的分期特性,分析表明,瀑布沟汛期洪水存在较为明显的主汛与后汛之分,分期时间在8月20日左右。分析结果为瀑布沟水库分析分期设计洪水、汛期汛限水位动态控制等提供了良好的技术支持。     

三峡库区提升库水位下降速率条件下沟边上滑坡稳定性评价

三峡库区对非汛期库水位下降速率（0.6 m/d）的严格控制,预防了近千处涉水库岸滑坡大规模下滑入江,但控制消落期库水位下降速率在某种程度上却限制了防洪和蓄水发电效益的发挥,本文主要通过研究在非汛期时候,增加库水位下落速率是否具有可行性,使用Geo-studio中的SEEP/W、SLOPE两个模块对沟边上滑坡进行渗流分析和稳定性分析评价,以计算结果来确定库水位消落期的水位下降速率,对库区调控水位下降速率的调整有重大现实意义和科学价值。     

岳城水库控制流域暴雨洪水的时程分布规律及分期划分研究

从两个方面全面分析了岳城水库控制流域的暴雨洪水时程分布及分期规律:一是根据实测水文资料,通过统计暴雨日数,典型历时年最大降水量、年最大洪峰流量和5日洪量在各旬出现的频率,对流域暴雨洪水时程分布特性进行了多方面的综合分析;二是通过对流域所处地区暴雨形成的天气成因分析,为前述的统计分析结果提供必要的成因基础.还利用旬平均降雨量的相对系数来确定汛期的起止时间.分析结果表明,岳城水库控制流域的暴雨洪水时程分布具有比较明显的变化规律,其中有一个时期暴雨洪水出现的次数多、量级大,主汛期特征显著,汛期可以划分为3个分期,即前汛期、主汛期和后汛期.     

水文变异的滑动F识别与检验方法

针对传统F检验法只能用于已知变异点的检验,而无法用于变异点的识别问题,本文提出了滑动F识别与检验法。该法首先利用传统F检验法对序列逐点进行检验,找出满足F计算值大于临界值的所有可能变异点,然后选择F计算值达到最大值的那一点作为最可能变异点。利用该法对潮白河水资源分区45年年径流量序列进行了分析,并从物理成因角度对该检验结果进行了确认。结果表明滑动F 识别与检验法具有较好的检验效果,检验结果可信度较高。     

基于Copula函数的入库洪水与坝址洪水关系研究

采用频率分析法计算入库设计洪水时,需要通过相关分析将坝址洪水系列插补得到对应的入库洪水系列。常用的线性回归法假设两者满足线性关系且入库洪水系列服从正态分布,可能与实际情况并不相符。引入Copula函数构建坝址洪水与入库洪水的联合概率分布和条件概率分布,计算给定坝址洪水时入库洪水的条件最可能值和置信区间,提出了一种基于Copula函数的入库洪水插补新方法。三峡水库的应用实例表明:线性回归法得到的入库洪水值在坝址洪水量级较大时明显偏小,甚至稀遇洪水时不在90%置信区间内。所提方法能较好地反映坝址洪水与入库洪水的内在关系,不仅可以计算入库洪水的各种点估计值,而且能够定量评价估计的不确定性。     

三峡水库建设对长江下游颗粒有机碳通量及碳同位素组成的影响

2008年4月至2009年4月,在南通长江干流每周采集一次表层悬浮物样品,共51个,分析了其粒度、颗粒有机碳(POC)、颗粒氮(PN)含量以及有机碳同位素(δ13Corg)组成,研究了下游干流颗粒有机碳组成的季节性变化特征.悬浮物的平均粒径在一年内变化不明显,而POC和PN含量呈现洪季缓慢减小,枯季增加的趋势;δ13C...     

三峡库区汛期洪峰和沙峰异步运动特性的三维数值模拟

三峡水库蓄水后水深的增加导致洪水传播过程中沙峰滞后于洪峰的时间增加,利用洪峰和沙峰异步运动特性进行沙峰排沙调度是减缓水库淤积的重要手段之一。采用三维数值模型SCHISM（Semi-implicit Cross-scale Hydroscience Integrated System Model）研究三峡库区洪峰和沙峰的异步运动规律,基于2013年的汛期水沙传播过程验证模型的可靠性和准确性,初步分析不同洪水位下洪峰和沙峰的异步运动特性。结果表明:数值模型能够准确地模拟三峡水库汛期洪峰和沙峰长距离的传播过程;坝前蓄水位对洪峰传播时间的影响不大,但是对沙峰传播时间的影响较为显著;坝前水位增加使水流的流速减小和挟沙能力降低,沙峰传播速度减慢且峰值沿程不断降低,最终导致库区中沙峰滞后于洪峰出现的时间沿程越来越长。研究结果可为进一步优化三峡水库的沙峰排沙调度等提供科学依据。     

三峡水库围堰发电期调度模拟优化研究

汛限水位是协调综合利用水库防洪和兴利矛盾的重要参数。三峡水库围堰发电期调度规则将汛期水库水位控制在134．9-135．4m运行,本文将汛期(6-9月)按旬划分为12个分期,建立模拟模型和动态规划模型;采用宜昌站120年实测日流量序列,通过所建模型计算,得到了优化的分期汛限水位方案。模型实现了模拟和优化的有机结合,将带机遇约束的多目标优化问题转化为确定性约束条件下的单目标优化问题,降低了复杂性。结果表明,模型在不增加防洪风险的前提下,发电效益增加了2．21％(2005 年)和2．32％(2006年)。     

概化的Tank模型及其在龙羊峡水库汛期旬平均入库流量预报中的应用

Tank模型（又称为水箱模型），是一种用于流域径流预报的确定性水文模型，根据龙羊峡水库入库主要产流区－－黄河上游唐乃亥水文站以上流域下垫面条件下产汇流特性，将其概化为以降雨量为输入，径流量为输出的单孔出流的线性水箱，工用于该水库汛期旬平均入库流量的预报，经对历史资料进行拟合和试验预报的 结果表明，该模型具有较高的预报精度，现已应用于黄河上游龙羊峡水库汛期旬平均入库来水量的中期预报中，取得了十分显著的经济效益。