三峽工程蓄水前后城陵磯至武漢河段水沙輸移特性分析

三峽水庫蓄水運用改變了下泄的水沙條件,引起壩下游水沙過程及輸移特性的變化。采用以旬為單位的統(tǒng)計時段,分析比較了三峽水庫蓄水前后旬平均流量、輸沙量及含沙量的變化。蓄水前后壩下游各站洪水、中水、枯水3個流量區(qū)間的出現(xiàn)頻率變化分析表明,建庫后距壩距離愈遠(yuǎn)其洪水流量區(qū)間出現(xiàn)頻率的減小愈顯著。統(tǒng)計分析了不同流量級下含沙量的沿程恢復(fù)程度,發(fā)現(xiàn)高、低水流量級下其沿程恢復(fù)程度較中水流量級高。分析了各站懸移質(zhì)中值粒徑和床沙級配的變化,發(fā)現(xiàn)床面粗化主要位于距壩較近的荊江河段,由于粗細(xì)粒徑的交換作用,懸移質(zhì)中值粒徑在下荊江顯著變粗。

介紹了長江宜昌至枝城河段的基本情況,分析了來水來沙特征,論述了河段近期的演變情況。

通過對三峽庫區(qū)干支流水文斷面蓄水前后多年水質(zhì)資料進(jìn)行整理分析,分析了蓄水前后庫區(qū)河流水質(zhì)變化趨勢。研究結(jié)果表明:三峽庫區(qū)135m蓄水及156m蓄水后,庫區(qū)水質(zhì)指標(biāo)變化不明顯。庫區(qū)溶解氧濃度有所降低,懸浮物濃度在平水期和枯水期也大幅下降,和懸浮物密切相關(guān)的污染物質(zhì)總磷、codmn、重金屬等也隨之降低。長江沿程干流及上游支流烏江、嘉陵江水質(zhì)受蓄水影響不大,下游支流小江、大寧河則受長江壅水影響,局部水環(huán)境趨復(fù)雜化。

隨著三峽工程的建成蓄水,重慶庫區(qū)的變動回水區(qū)的泥沙淤積問題,隨著運用年限的增長而日趨嚴(yán)重,將嚴(yán)重影響重慶市的航運健康快速發(fā)展。針對三峽工程初期蓄水的泥沙淤積問題,分析了淤積的成因,預(yù)測了遠(yuǎn)景主要航道的淤積量,分析了泥沙淤積對重慶港口航道發(fā)展的影響,提出了相應(yīng)的解決措施。

以統(tǒng)計學(xué)為基礎(chǔ),通過對歷史實測資料進(jìn)行分析,研究三峽蓄水前后沙市河段航道水位變化現(xiàn)象,找出其變化規(guī)律,可為今后長江沙市河段的航道維護(hù)管理工作提供技術(shù)支持。

本文根據(jù)三峽工程一期圍堰施工期(1994￣1996年),壩區(qū)河段原型觀測資料,對由于工程施工引起的河寬縮窄、過水?dāng)嗝婷娣e減小,流速增大及河床沖淤變化等泥沙問題進(jìn)行了分析,并得出該河段河勢變化的特點及河床沖淤變化的一般性規(guī)律。

據(jù)國家環(huán)保部長江三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測公報(簡稱三峽公報)發(fā)布的1996—2008年三峽庫區(qū)的水質(zhì)監(jiān)測實測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理。以2003年和2006年作為標(biāo)志性節(jié)點,分析其水質(zhì)變化趨勢。結(jié)果表明:三峽庫區(qū)沿程干流及遠(yuǎn)壩支流烏江除2006年及嘉陵江除20042、006年外,其余年份水質(zhì)均達(dá)到或優(yōu)于ⅲ類水質(zhì)斷面,受蓄水影響不大;近壩支流澎溪河(小江)、大寧河則受大壩壅水影響,與蓄水前相比,支流口流速減緩,甚至呈靜流狀態(tài),其斷面水質(zhì)由1999年的ⅱ類降為2005年開始的ⅳ類,局部水環(huán)境趨復(fù)雜化,并且?guī)靺^(qū)內(nèi)\"水華\"現(xiàn)象近年有所加重。分析水質(zhì)變化的原因主要有成庫后庫區(qū)江段流速迅速減小,二期蓄水后庫區(qū)全江段斷面平均流速下降為0.17m/s,僅為天然河道平均流速的1/4,天然河道斷面平均流速的1/5,以及庫區(qū)各種污染物質(zhì)排放等。最后從加強產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和庫區(qū)坡耕地整治以及完善水環(huán)境監(jiān)測體系和法律法規(guī)等4個方面提出保護(hù)水質(zhì)的措施和建議。

本文根據(jù)三峽工程一期圍堰施工期(1994￣1996年),壩區(qū)河段原型觀測資料,對由于工程施工引起的河寬縮窄、過水?dāng)嗝婷娣e減小,流速增大及河床沖淤變化等泥沙問題進(jìn)行了分析,并得出該河段河勢變化的特點及河床沖淤變化的一般性規(guī)律。

為探討三峽水庫蓄水以來長江枝城至沙市河段的水質(zhì)變化情況,利用這一河段3個斷面水質(zhì)實測資料,通過模糊評價方法與權(quán)重值分析,對1998～2011年水質(zhì)狀況進(jìn)行了分析評價.結(jié)果表明,枝城至沙市河段水質(zhì)尚好,鉛為對沙市河段水質(zhì)影響最大的污染因子.對比了三峽水庫蓄水前后的水質(zhì)評價結(jié)果,表明水質(zhì)狀況未受明顯影響,分析成果可為相關(guān)機構(gòu)管理該河段的水資源提供參考.

彎曲河段中因二次流運動引起的橫向輸沙是引起崩岸的重要因素之一．為研究急彎河段中二次流運動對水沙輸移的影響，以下荊江石首急彎河段為例，運用能考慮二次流影響的delft3d模型對其進(jìn)行計算，并用實測水沙資料驗證模型的可靠性．在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了二次流運動對流速及含沙量分布的影響，同時分析了不同位置處二次流附加應(yīng)力項、水面比降項及阻力項的相對大小關(guān)系．計算結(jié)果表明：考慮二次流后，能更有效地模擬彎道處的環(huán)流水力特性及橫向輸沙特性；二次流對水沙輸移的影響效果在急彎河段十分突出，只有當(dāng)來流流量足夠小時，才能忽略二次流的影響．

彎曲河段中因二次流運動引起的橫向輸沙是引起崩岸的重要因素之一．為研究急彎河段中二次流運動對水沙輸移的影響，以下荊江石首急彎河段為例，運用能考慮二次流影響的delft3d模型對其進(jìn)行計算，并用實測水沙資料驗證模型的可靠性．在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了二次流運動對流速及含沙量分布的影響，同時分析了不同位置處二次流附加應(yīng)力項、水面比降項及阻力項的相對大小關(guān)系．計算結(jié)果表明：考慮二次流后，能更有效地模擬彎道處的環(huán)流水力特性及橫向輸沙特性；二次流對水沙輸移的影響效果在急彎河段十分突出，只有當(dāng)來流流量足夠小時，才能忽略二次流的影響．

針對三峽水庫蓄水運用以來排沙比問題,在深入研究三峽水庫不同蓄水運用階段水庫排沙效果的基礎(chǔ)上,著重研究各年年內(nèi)蓄水排沙過程,系統(tǒng)地分析水庫排沙效果的影響因素。結(jié)果表明:庫區(qū)河道特性、入庫水沙條件以及壩前水位的高低是水庫排沙比變化的主要影響因素。2003年6月～2010年12月,水庫排沙比為26.1%。水庫排沙主要集中在汛期5～10月,排沙比為29.0%。尤其是在洪峰期間,庫區(qū)水流流速較大,水流挾沙能力強,進(jìn)入水庫的泥沙大部分能輸移到壩前,水庫排沙比較大,當(dāng)入庫流量大于30000m3/s時,水庫最大排沙比可達(dá)81.0%。此外,隨著汛期壩前水位的抬高,水庫排沙效果有所減弱,尤其是粗顆粒泥沙的多少也很大程度上影響水庫排沙效果,水流的挾沙能力隨著水流流速的減小而減小,粗顆粒泥沙的排沙比隨之發(fā)生較全沙更為明顯的減小。

三峽水庫蓄水后,荊江河段沖刷以枯水河槽沖刷為主,對航道條件將產(chǎn)生顯著影響,其中窯監(jiān)河段近年來航道條件持續(xù)惡化。分析不同年份監(jiān)利河段洲灘形態(tài)與刪除礙航程度,認(rèn)為三峽蓄水后洲灘受到?jīng)_刷是航道條件惡化的原因之一;而通過對淺灘段橫斷面年內(nèi)變化及各年汛后退水過程中水位變化與航道水深變化對應(yīng)關(guān)系分析,初步確定了退水過程中最佳的沖刷流量區(qū)間為10000～15000m3/s,三峽蓄水導(dǎo)致退水過程加快,將導(dǎo)致汛后淺區(qū)沖刷不足,枯季礙航。

隨著三峽水庫蓄水運行,清水下泄導(dǎo)致壩下游河段受到不同程度的沖刷,使得江湖關(guān)系發(fā)生變化。對長江中游主要控制站三峽工程蓄水運用前后水文數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析,結(jié)果表明:三峽工程蓄水運用后,清水下泄沖刷下游河道深槽部分,長江河段總體同流量下水位下降,其中以漢口以上河段水位下降明顯,且對低水影響明顯。三峽工程蓄水運用后,三口河道分流比繼續(xù)減少,斷流時枝城水位有升高趨勢,分流河道逐漸萎縮,荊江過流量增大。

分析了長江城陵磯～螺山河段行洪能力的變化和三峽水庫運行后該河段面臨的防洪形勢,指出降低城陵磯河段水位的有效措施之一是恢復(fù)河道原有的泄洪能力,實施牌洲裁彎、清淤疏浚和削磯擴卡等為主的工程措施。并以典型洪水為例對牌洲裁彎前后相關(guān)河段的水位、水面線及水位流量關(guān)系的變化進(jìn)行了對比分析,論證了牌洲裁彎對降低上游水位的明顯作用和該工程實施的必要性。

采用原型資料分析、長河段一維數(shù)學(xué)模型計算等手段,分析和預(yù)測了三峽工程運用對洞庭湖水沙與沖淤影響,研究了三峽工程運用對洞庭湖出口水位的影響,在此基礎(chǔ)上初步分析了三峽工程運用對湖區(qū)防洪與生態(tài)環(huán)境影響。研究成果表明:三峽水庫運用后30a末,荊江三口年均分流量和分沙量比多年平均值分別減少43%和73%,三口分流道的河床相應(yīng)發(fā)生沖淤變化;三峽工程運用后,受荊江三口分流比減少影響,洞庭湖區(qū)泥沙淤積顯著減少,對增強洞庭湖區(qū)調(diào)蓄功能、延長洞庭湖壽命有利;受三峽水庫調(diào)度運用與長江干流河道沖刷影響,洞庭湖出口水位以下降為主,汛期水位的下降將對湖區(qū)防洪有利,而枯期水位的下降將對湖區(qū)水資源利用及生態(tài)環(huán)境帶來一定不利影響。

主要依據(jù)三峽工程截流河段施工過程中不同時期的河床演變觀測資料，分析了不同時期的水流條件及河勢變化，揭示了其內(nèi)在規(guī)律，得到了一些新的認(rèn)識和概念

文章分析了近50年黃河三盛公水利樞紐河段的氣候、水沙變化情況,得出水沙變化與氣候變化具有高度響應(yīng)性的結(jié)論。

論述了與三峽水庫提前蓄水有關(guān)的工程要求,及對庫區(qū)移民、地質(zhì)災(zāi)害防治、水環(huán)境治理等所采取的措施。

以三峽工程蓄水運行的2003年為分界點,利用金沙江流域1956~2014年共計59年降水、徑流資料,定量分析了三峽水庫蓄水前后金沙江流域降水徑流的變化趨勢。根據(jù)金沙江流域在三峽工程蓄水后的降水資料插補出徑流,并與實測徑流比較,定量分析了在氣候條件不變的情況下下墊面條件改變對徑流的影響。

以葛洲壩-三峽梯級水庫為研究對象,根據(jù)水庫的不同運行階段劃分研究時段,基于寸灘、宜昌、漢口、大通站1954~2008年的日流量和日含沙量資料,計算分析了梯級水庫運行對長江中下游輸沙量及水沙關(guān)系的影響。結(jié)果表明：4個水文站的年輸沙量、含沙量總體呈下降趨勢,梯級水庫運行對中下游輸沙量及水沙關(guān)系的影響與水庫庫容和距離水庫遠(yuǎn)近有關(guān);水庫攔截造成的泥沙減少與年徑流量變化無關(guān),與徑流量的季節(jié)分配變化有關(guān),徑流量季節(jié)分配的變化和梯級水庫的蓄水?dāng)r沙都使大通站月輸沙量的年內(nèi)分配更加均勻。

對三峽工程初期蓄水大壩變形監(jiān)測成果的分析表明:大壩基礎(chǔ)水平位移很小,處于穩(wěn)定狀態(tài);壩基垂直位移總體呈沉降趨勢,最大沉降量2158mm,相鄰壩段壩體沉降量絕大多數(shù)小于1mm,無不均勻沉降;左廠1～5號壩段等部位基礎(chǔ)水平位移很小,壩基沉降量相對較小,無不均勻沉降;升船機上閘首壩段由于建基面高程較高,受蓄水影響不大,水平和垂直位移變化不大?？傊?大壩變形量值均在設(shè)計范圍內(nèi),規(guī)律合理,大壩工作性態(tài)正常,大壩是安全的。