三峡工程蓄水运用以来荆江水位流量关系变化分析
2020-11-22
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第2 8卷第7期 2 0 1 1年7月 长 江科 学 院 院 报 Vo1.28 No.7 Journal of Yangtze River Scientiifc Research Institute Ju1.2 0 1 1 文章编号:1001—5485(2011)07—0082~O5 三峡工程蓄水运用以来荆江水位流量关系变化分析 郭小虎。渠庚,朱勇辉 (长江科学院水利部江湖治理与防洪重点试验室,武汉430010) 摘要:根据三峡工程蓄水前后的实测资料,分析了荆江河段沿程水位流量关系变化。研究成果表明:除枝城站在枯 水流量下水位略有下降外,上荆江在中、枯流量下水位也均有一定程度的下降,其中沙市站枯水位下降最大,下荆 江河段水位在同流量下略有下降。除枝城站枯水位变化受卢家河浅滩形成的沙坎石泓影响外,三峡工程蓄水后影 响荆江河段水位流量关系变化的主要原因是:荆江河段处于冲刷状态,尤其冲刷主要集中在枯水河槽。 关键词:荆江河道;水位;冲刷 中图分类号:TV147 文献标识码:A 长江枝城至城陵矶河段俗称为荆江,其中枝城 表1 2003-2009年枝城站水沙变化 至藕池口为上荆江,藕池口至城陵矶段为下荆江。 Table 1 Changes of water and sediment at 荆江四口(松滋口、太平口、藕池口、调弦口)通过分 Zhicheng station during 2003-2009 流河道(松滋河、虎渡河、藕池河、华容河)分泄江水 入洞庭湖,与四水来量汇合,然后通过城陵矶再汇人 长江。由于1959年调弦口建闸控制,此后实际只有 三口入湖。万里长江,险在荆江,荆江河道水位变化 规律历来都是研究的重点,许多研究工作者从荆江 地貌组成、河床组成、江湖关系变化、裁弯前后荆江 河段水沙特性的改变、葛洲坝水库蓄水后和三峡工 91.9%。这说明三峡水库运用后进人荆江河段的年 程建库对荆江河段水沙特性的影响¨ 等角度对 径流量基本变化不大,而年输沙量大幅度地减少。 荆江河段水位、冲淤变化进行了大量的研究,取得丰 硕的成果。本文将利用三峡工程蓄水前后2002— 2009年期间的实测资料分析荆江河段水位流量关 2 三峡工程蓄水后荆江水位流量关 系变化,并探讨三峡工程蓄水以来荆江河段水位流 系变化 量关系变化的主要原因。 为了反映三峡水库蓄水后荆江河段水位流量关 系的变化,下面根据蓄水前后的(2002—2009年)实 1 荆江河段进口水沙条件的变化 测资料分析了荆江干流河道枝城、沙市以及新厂站 水位流量关系的变化,如表2所示。 枝城站是荆江河段的进口站,下面将利用该站 根据三峡工程蓄水前后(2002—2009年)荆江 的实测数据分析2003—2009年期间荆江河段水沙 干流站点水位流量关系的变化(表2及图1)可知, 变化,如表1所示。 荆江河道进口站点枝城站在枯水流量为5 000 in /s 从表1可知:除2006年属于特枯年之外,其它 时水位下降幅度较小,但在流量为10 000 133 /s时下 年份的径流量与多年平均径流量基本相等,而年输 降幅度较大,下降的数值约0.58 m,在流量为20 000 沙量减小幅度很大,与三峡水库蓄水前(1955—2002 1TI /s时水位略有下降,而流量在30 000 in /s时该 年)平均数值相比,2003—2009年分别减少了 站水位略有抬高;沙市站流量在10 000 ITI /s以下水 74.2%,84.2%,77.0%,97.6%,86.6%,92.3%及 位下降幅度较大,其中在流量为5000m /s时水位 收稿日期:2OLO一05-13 基金项目:水利部水利前期项目(QQo871/HL15);水利部公益性行业专项(2007SHZ1—3) 作者简介:郭小虎(1981-),男,湖北荆门人,博士,主要从事水力学及河流动力学方面的研究,(电话)84238177.802(电子信箱)xiao— hu001328@163.co111。 第7期 郭小虎等 三峡工程蓄水运用以来荆江水位流量关系变化分析 83 出流顶托的影响较为明显。已有的实测资料表明, 洞庭湖出流流量为5 000 m /s和10 000 m /s时发 生频率相对较高,因此选择洞庭湖七里山出流流量 为5 000 113 /s和10 000 m /s时,分析2003年、2005 年、2008年以及2009年监利站水位流量关系,以消 除洞庭湖因出流流量不同而产生的顶托作用不一 致,如图2所示。 流量/(m3.s ) (a)枝域站 流量/(m3.S ) ra)七里山流量为5 000 m /s 流量/(mjfS ) (b)七里山流量为10 000 m /s 【c1新J站 图2城陵矶流量一定时监利站水位流量关系变化 图1 三峡工程蓄水前后荆江干流站点 (2003,2005,2008年与2009年) 水位流量关系变化 Fig.2 Stage—discharge relations at Jianli Station Fig.1 Stage・discharge relations in Jingjiang River when the lfow at Chenglingji Station is constant before and after the impoundment of Three Gorges Reservoir 根据2003年、2009年七里山流量为5 000 m /s 下降约0.75 m,而在20 000 m /s以上时水位略有下 时监利站水位流量关系可知:流量在6 000 m /s时, 降;新厂站与沙市站水位下降规律是一致的,但水位 该站水位下降约0。37 m;流量在10 000 1TI /s时,下 下降幅度略小于沙市站下降幅度。 降约O.22 m;流量在20 000 In /s时,下降约 以下继续分析下荆江监利水文站水位流量关系 0.02 ITI;而流量在30 000 m /s时,下降约0.01 ITI。 的变化。根据已有的实测资料可知,监利站同一年 而七里山流量为10 000 m /s时监利站水位流量关 内水位流量关系较为散乱,其主要原因是受洞庭湖 系可知:流量在6 000 m /s时,该站水位下降约 长江科学院院报 2011年 0.3 m;流量在10 000 m /s时,下降约0.18 m;流量 在20 000 lrl /s时,下降约0.04 m。从上面对比分 图4表明三峡工程蓄水后螺山站同流量下水位 基本变化较小,根据最新实测资料分析可知,2009 年与2003年相比,流量为10 000 m /s,20 000 m。/s 及40 000 m /s时,该站水位分别下降约0.18 mm, 0.08 m以及0.03 m,同流量下水位下降幅度很小。 析可知,由于洞庭湖出流流量不同,进而对监利站同 流量水位变化数值造成一定的影响,但对水位变化 的数值影响有限。从上面分析成果可知,下荆江监 利站在同流量下水位下降较小。 3 三峡工程蓄水以来荆江水位流量 变化因素探讨 下面将从荆江三口分流分沙比的变化、荆江河 段河道下边界水位变化、荆江河道冲刷量变化以及 河道特殊地形的影响4个方面探讨三峡工程蓄水运 用以来荆江河段水位流量关系变化的主要原因。 3.1 荆江三口分流分沙比变化 荆江三口是连接长江荆江河段与洞庭湖区的纽 带,其分流分沙的变化对荆江和洞庭湖区的洪水及 河床冲淤起着决定性作用。50多年的实测资料分 析表明,在1990年以前荆江三口分流分沙持续减少 (图3),其中荆江三日多年(1955—2008年)平均 年径流量和输沙量分别为965亿m 和1.184L t,分 别占其上游枝城同期来量的19.5%和24.5%,分流 比由下荆江裁弯前1955—1966年的29.79%降至裁 弯后1973—1980年的18.79%和葛洲坝水利枢纽运 用后1981—1990年的16.0%,分沙比则由35.24% 分别降至21.6%和18.3%。而1990—2009年期间, 荆江三口分流分沙比无明显变化趋势。 年份 圈3荆江三口分流分沙比变化(1955—2009年) Fig.3 Changes of lfow and sediment diversion ratios of the diversion from three outlets in the Jingjiang River f 1955-2009) 3.2荆江河道下边界水位变化 荆江河道下游水位变化还受到城陵矶水位变化 的影响,但由于受到长江干流、洞庭湖区双重顶托作 用,城陵矶站水位、流量关系较为散乱,而城陵矶下 游仅30 kna的螺山站水位、流量关系较好,因此分析 了该站同流量水位变化来说明下游河段对荆江河段 顶托作用的变化。 量/(m S ) 图4三峡工程蓄水后螺山站水位流量关系变化 Fig.4 Stage—discharge relations at Luoshan Station after the impoundment of Three Gorges 以上成果表明,荆江河道出口螺山站同流量水 位下降幅度较小,因此可认为三峡工程蓄水前后下 游河道对荆江河段的顶托作用基本变化不大。 3.3荆江河道冲刷量变化 三峡工程蓄水后,干流含沙量大幅度减小,长江 干流水位下降是由恢复含沙量的冲刷所引起,冲刷 自上而下发展,比降调平,床沙不断粗化,水流挟沙 能力是一个递减的过程。由于上游河段宜昌一枝城 河段属于砂卵石河床,蓄水后将会在一个较短时间 内达到冲淤平衡,而荆江河段也会较快处于冲刷状 态。根据三峡工程运用以来荆江河段实测地形资料 统计了2002—2009年期间冲淤量变化(如表3所 示),其中在枯水河槽冲刷量高达37 602万m ,而 枯水河槽以上冲刷较小,仅为11 614万m ,枯水河 槽以下冲刷量占76.4%,说明三峡工程蓄水以来主 要冲刷枯水河槽以下,这也是荆江河段中低水位下 降幅度较大,丽中高水位下降幅度较小的原因。 表3枝城一城陵矶河段2002—2009年冲淤量变化¨。 Table 3 Changes of erosion in the river reach from Zhieheng to Chenglingii during 2002-2009 第7期 郭小虎等 三峡工程蓄水运用以来荆江水位流量关系变化分析 85 3.4河道特殊地形的影响 枝江河段属于沙卵石河床,根据以上实测资料 表明:荆江河道进口枝城水文站在枯水流量为5 000 in /s时水位下降幅度较小,但在流量为10 000 in /s 时下降幅度较大,下降的数值约0.58 m;而在流量 为20 000 m /S以上,水位基本变化不大。其主要原 因估计与该站下游芦家河浅滩形成的沙坎石泓密切 有关,在枯水流量情况下,沙坎石泓使上下游水位关 联性较差;而在中水流量以上情况下,由于水位抬 高,沙坎石泓对上下游水位关联性影响相对较弱,因 此中水流量下水位下降幅度较大。 从以上分析可知,除枝城水文站在枯水流量下 水位下降较小之外,上荆江河段中、低流量下水位均 有一定程度下降,而下荆江河段水位略有下降,其中 沙市站枯水位下降最大。根据以上实测资料分析可 知,三峡工程蓄水后荆江三口分流比无明显变化趋 势,这种流量分配变化对荆江河段冲刷影响较小。 因此除枝城站在枯水流量下水位变化主要与卢家河 浅滩形成的沙坎石泓有关之外,三峡工程蓄水后影 响荆江河段水位变化主要原因是荆江河段处于冲刷 状态,尤其是冲刷主要集中在枯水河槽,而其根本实 质在于进入荆江河道的水流含沙量大幅度减小。 4 结 论 本文根据三峡工程蓄水前后实测资料分析荆江 河道水位流量关系的变化,并探讨了其主要原因,得 到如下结论: (1)三峡水库运用后进入荆江河段的年径流量 基本变化不大,而年输沙量大幅度地减少。 (2)除枝城水文站在枯水流量下水位下降较小 之外,上荆江河段在中、低流量下水位也有一定程度 的下降,而中、高流量下水位变化不大,下荆江河段 同流量下水位下降幅度较小。 (3)除枝城站在枯水流量下水位变化受卢家河 浅滩形成的沙坎石泓影响之外,三峡工程蓄水后影 响荆江河段水位变化主要原因是荆江河段处于冲刷 状态,尤其是冲刷主要集中在枯水河槽,而在枯水河 槽以上冲刷量相对较小。 参考文献: [1]谢鉴衡.下荆江系统裁弯后河床演变探讨[c]//谢鉴 衡论文集.武汉:武汉水利电力大学出版社,1995:21 27.r XIE Jian—heng.Evolution of Riverbed after the Cutoff in the Lower Jingjiang River[C]//Collected Pa— pers of XIE Jian—heng.Wuhan:Press of Wuhan Institute ofHydraulic and Electirc Engineering,1995:21—27.(in Chinese)) [2]潘庆棠,卢金友.长江中游近期河道演变分析[J].人 民长江,1999,(2):23—33.(PAN Qing—shen,LU Jin— you.Recent Evolution of River Channel in Middle Rea— ches of Yangtze River[J].Yangtze River,1999,(2): 23—33.(in Chinese)) [3]卢金友,何广水.长江中游下荆江调弦口治理方案探 讨[J].长江科学院院报,2009,(3):1—4.(LU Jin— you.HE Guang。shui.Discussion on Regulation Scheme of Tiaoxiankou in Lower Jiangjiang River of Middle Reaches of Yangtze RiverI J 1.Journal of Yangtze River Scientiifc Research Institute,2009,(3):1—4.(in Chinese)) [4] 熊治平.上荆江河床演变规律探讨[J].泥沙研究, 1996,(2):38—44.(XIONG Zhi—ping.Evolution ofRi— verbed 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Report Oil Sedimentation in the Three Gorges Reservoir Gorges Reservoir[R].Wuhan:Bureau of Hydrology of Changjiang Water Resources Commission,2010.(in Chi— nese)) (编辑:刘运飞) Changes of the Stage-Discharge Relation in Jingjiang River after the Impoundment of Three Gorges Reservoir GUO Xiao—hu,QU Geng,ZHU Yong—hui (Laboratory of River Regulation and Flood Control of MWR,Yangtze River Scientific Research Institute, Wuhan 430010,China) Abstract:The change of stage—discharge relation along the Jingjiang fiver is analyzed based on the field data before and after the impoundment of Three Gorges Reservoir.Results show that the water level during lOW flowrate at Zhicheng station decreased slightly.Apart from that,the water level during medium and low flowrate decreased to some extent at stations in the upper Jingjiang reach,among which Shashi station witnessed the largest decline of low water leve1.The water level in lower Jingjiang reach also decreased slightly under the same flowrate.Moreover,the change of stage-discharge relation in Jingjiang reach is mainly caused by the Jingjiang fiver erosion,in particular, the erosion in the low water fiver channe1.In addition,the changes of low water level at Zhicheng station is caused by the sand hole and stone pond formed by the shallows of the Lujia River. Key words:Jingjiang river;water level;scouring 长江科学院“贵州华电塘寨电厂岩塞爆破设计方案"成功实施 2011年5月18日19时58分,本世纪国内首个岩塞爆破在贵州华电塘寨发电有限公司成功实施。近十多 年来,我国已经没有进行过类似的岩塞爆破,本次爆破的成功,为同类工程积累了宝贵的爆破设计和施工经验。 贵州华电塘寨发电有限公司2×600 MW机组新建工程计划从乌江索风营水库取水,设计为竖井加平洞取 水方案,布置了两条平行平洞,平洞施工采用岩塞挡水,待洞内施工完成后,同时爆破两个岩塞,达到取水目的。 为了保证本次爆破成功,贵州华电塘寨发电有限公司、水电九局专门委托长江科学院进行爆破设计。长 江科学院爆破技术人员根据现场实际情况,设计了多种岩塞爆破方案,经方案论证,推荐采用上倾角(30。) 圆形岩塞形式,采用周边预裂、中部排孔爆破设计方案,并采用高精度电子雷管起爆网路。该岩塞爆破设计 方案通过了以汪旭光院士为首的专家组审查。 该岩塞爆破施工由水电九局承担,由于岩塞爆破风险大,为确保实际施工满足设计要求,长江科学院从 钻孔开始即派出技术人员常驻工地,及时调整有关钻孔参数。我院张正宇、吴新霞、赵根等多名教授级高工, 亲临现场,指导装药、联网和起爆工作。贵州新联爆破公司也参与了部分设计及装药、联网等工作。 18日傍晚,随着指挥部一声令下,在一阵沉闷的爆破声中,两股水柱击破了水面的宁静,随后岩塞所在 部位的水面形成了两个巨大的漩涡,取水洞顺利贯通,索风营水库清澈的江水顺利的流进了取水洞。在业 主、监理、设计、施工等单位共同努力下,贵州华电塘寨发电有限公司新建工程取水口岩塞爆破取得圆满成 功。 (摘自《长江水利科技网》)