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水库运行后长江与通江湖泊关系演变及水沙输移规律研究

王冬  
【摘要】:水库等水利工程的修建,协助人类更好的利用河流功能及水利资源,在发挥防洪发电等兴利效益的同时,改变了河流天然水沙条件,对水库下游河道及通江湖泊的演变产生深远影响。通江湖泊作为天然水库,对流域水资源分配起着不可替代的作用,而江湖关系的变化又决定了湖泊与干流的演变走向,若对天然河流调整机理、水沙条件变化后江湖关系的演变趋势认识不够清楚,便无法正确评价水利工程修建的影响,也就无法充分发挥工程的最大效益。 本文在分析三峡水库蓄水后荆江三口分流及城陵矶水位变化成因的基础上,阐明了三峡水库运行对长江-洞庭湖江湖关系的影响及洞庭湖对水库径流调节作用的响应,并在总结通江湖泊自身演变及其反馈作用对长江入海径流影响的基础上,模拟了长江上游梯级水库调节入海径流过程,最后结合水库蓄水前长江中下游分组沙输移特性,研究了三峡水库下游宜昌-大通站分组沙的恢复情况。 全文主要讨论了以下几个方面的问题: (1)分析了三峡水库蓄水以来调度方式的变化及优化方向,在确定其调度趋势的基础上建立了梯级水库调度模型,并用实测资料验证,在分析了梯级水库应对长江中下游洪水的库容分配及调蓄方式后,重点研究了长江上游水库抵御荆江大洪水的限制下泄流量,三峡单库下泄流量不低于49000m3/s,梯级水库下泄流量不低于46000m3/s可抵御荆江百年一遇洪水。 (2)阐明了三峡水库运行对长江-洞庭湖江湖关系的影响及洞庭湖对水库径流调节作用的响应。三峡水库蓄水后荆江三口未延续蓄水前萎缩趋势,分流比较蓄水前保持变化不大,造成荆江三口分流量相比蓄水前减少的因素中,荆江径流量减少占80%,是主要因素,三峡水库的径流调节影响占20%,是次要因素。长江上游水库对荆江干流洪季流量调平作用,削减了荆江三口的分流洪峰流量,却增加了荆江三口的分流总洪量。定量化三峡水库蓄水期干流水位下降弱化洞庭湖出口顶托对湖内水量的影响。综合上述结论提出洞庭湖对水库径流调节的反馈作用为:汛期,水库对下游洪水过程的调平,使得三口对应大分流比的持续时间延长,入湖流量大于天然状态,此时期湖泊协助长江干流抵御洪水,分洪量大于天然状态;蓄水期,水库蓄水造成干流水位下降,湖泊出口的顶托关系变化导致出湖流量增加,削弱了水库蓄水对下游水量减少的不利影响;枯季,蓄水期出流增加导致湖内水量减少,故出湖径流减少。 (3)明确了在通江湖泊反馈作用影响下长江上游梯级水库对长江入海大通站径流过程的影响,通江湖泊湖容变化及其对干流径流变化的反馈,整体对入海径流影响不大。且在调节大洪水过程中,水库调洪对入海径流的影响并非下泄流量越小坦化作用越明显,下泄流量越小调洪过程持续时间越长,腾空库容时下泄流量可能与沿程洪水遭遇,弱化水库调洪对入海径流过程的坦化作用。 (4)鄱阳湖对汉口-大通河段的粗沙冲淤过程影响明显。对应汉口各流量级,湖泊汇入流量占大通站流量的比重越大,则汉口-大通河段挟带粗沙的能力越强。在分析湖泊年径流量对汉口-大通河段冲淤影响时发现,湖泊入汇年径流量占大通站径流比重与汉口-大通河段粗沙的冲淤有密切相关性,且当比重超过19%,汉口-大通河段转淤为冲。 (5)基于长系列水沙输移资料,研究了长江宜昌-大通河段冲淤量与河段来流含沙量之间的关系,建立了各河段分组粒径在本河段冲淤平衡时对应的临界含沙量与河段流量的相关关系。对比蓄水前后实测资料,结果表明在上游来沙突变剧减的情况下,若河段河床中某组粒径沙量充足,则河段该组悬沙输移量在出口基本可以达到各流量级对应的河段临界输沙率,且各流量级各组泥沙均不会超过蓄水前水平。


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