三峽水庫不同運行水位與庫區水麵線響應關係 黃豔 9787030769336 【台灣高等教育出版社】

目錄

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第1章 緒論1
1 1變化環境下三峽庫區防洪面臨的新形勢2
1 2三峽庫區概況4
1 3三峽水庫不同運行水位對庫區影響的概述5
第2章 三峽庫區水面線研究進展與工作基礎7
2 1庫區水面線研究進展8
2 1 1水面線計算模型8
2 1 2水面線影響因素9
2 1 3研究趨勢介紹10
2 2初步設計階段回水計算10
2 3三峽水庫回水淹沒處理14
第3章 三峽水庫蓄水運用以來庫區實際水面線情況17
3 1三峽水庫蓄水運用以來調度情況18
3 1 1蓄水運用時間安排18
3 1 2蓄水運用以來水庫優化調度18
3 1 3蓄水運用以來泥沙沖淤特性21
3 2試驗性蓄水以來庫區水面線與移民線、土地線的關係22
3 3不同運行水位對庫區水面線的影響27
3 3 1典型運用過程選擇27
3 3 2典型運用過程庫區主要站點水位過程變化27
3 3 3典型運用過程庫區沿程水面線及其變化32
第4章 水庫洪水演進計算模型37
4 1水庫洪水演進計算模型的構建38
4 1 1模型方程38
4 1 2數值方法39
4 1 3模型求解40
4 2水庫洪水演進計算模型的改進41
4 2 1庫容閉合計算改進41
4 2 2區間流量計算改進42
4 3模型率定與驗證47
4 3 1長系列實測水位流量過程率定與驗證47
4 3 2實測典型洪水過程驗證55
第5章 三峽水庫庫尾水位流量關係及行洪能力變化63
5 1三峽水庫回水末端64
5 1 1研究方法64
5 1 2不同水位級回水末端64
5 1 3水庫回水末端合理性69
5 2三峽水庫庫尾河段主要控制斷面沖淤變化71
5 2 1水文站控制斷面形態變化71
5 2 2典型河段沖淤變化83
5 2 3三峽水庫庫尾主要控制斷面水位流量關係變化85
5 3三峽水庫庫尾河段控制斷面行洪能力95
5 3 1三峽水庫蓄水運用後庫尾河段水面比降變化95
5 3 2主要水文控制站行洪能力變化97
5 3 3重慶市主城區河段行洪能力變化100
第6章 三峽水庫淹沒可控的臨界水位與流量105
6 1不同來水組合對三峽庫區水面線的影響106
6 1 1以寸灘站來水為主106
6 1 2以區間來水為主109
6 1 3以武隆站來水為主110
6 2三峽水庫淹沒可控的臨界水位及流量約束指標111
6 2 1以寸灘站來水為主型洪水的庫區淹沒臨界值112
6 2 2以區間來水為主型洪水的庫區淹沒臨界值125
6 2 3以武隆站來水為主型洪水的庫區淹沒臨界值127
6 3三峽庫區淹沒風險與調度運行對策130
6 3 120年一遇洪水對移民線淹沒影響的臨界值130
6 3 25年一遇洪水對土地線淹沒影響的臨界值132
6 3 3三峽庫區淹沒風險133
6 3 4規避庫區淹沒風險的運行方式134
第7章 三峽水庫不同運行水位淹沒影響信息庫139
7 1三峽水庫蓄水影響統計140
7 1 1庫區塌岸、變形、滑坡情況140
7 1 2庫區生產生活設施受影響情況141
7 1 3受影響生產、生活設施處理情況142
7 2三峽水庫不同運行水位淹沒影響信息庫建設143
7 2 1建設範圍143
7 2 2信息單元147
7 2 3信息採集166
7 3三峽水庫分類要素信息數據169
7 3 1常年回水區169
7 3 2變動回水區172
7 3 3非汛期淹沒區174
第8章 三峽水庫不同運行水位對庫區淹沒的影響177
8 1三峽水庫淹沒影響概述178
8 1 1淹沒影響的定義及內涵178
8 1 2庫周淹沒分析指標178
8 2三峽庫區不同水面線淹沒179
8 2 1以寸灘站來水為主型洪水的入庫臨界流量180
8 2 2以區間來水為主型洪水的入庫臨界流量182
8 2 3以武隆站來水為主型洪水的入庫臨界流量183
8 2 4三峽水庫175m以上調度裕度185
8 3敏感庫段淹沒影響191
8 3 1奉節 城區三馬山西區191
8 3 2奉節 城區朱衣鎮192
8 3 3巴東城區黃土坡社區192
8 3 4廣陽鎮明月沱中鐵寶橋193
8 3 5江北區魚嘴果園港194
8 3 6郭家沱望江工業集團194
8 3 7銅鑼峽口195
8 3 8唐家沱碼頭及棟樑河河口196
8 3 9寸灘港196
8 3 10洛磧鎮197
8 3 11木洞鎮198
8 3 12江津區131基本庫段198
參考文獻200
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精彩書摘
第1章 緒論
在三峽水庫優化調度取得顯著社會經濟效益的同時，調度運行方式的改變使水庫在遭遇不同頻率洪水時，庫區淹沒的風險加大，水庫調度運行管理面臨上、下游平衡的決策難題。本書的總體目標是通過深入開展三峽水庫優化調度過程中不同運行水位對庫區的影響研究，以期深化以三峽水庫為核心的控制性水庫群聯合調度方式研究，助力構建”小水減壓、大水減災、特大洪水避險”的多級防洪調控體系，實現持續提升水庫綜合效益的目的。
1 1變化環境下三峽庫區防洪面臨的新形勢
三峽工程是治理、開發與保護長江的骨幹工程，承擔防洪、發電、航運等綜合利用任務，在防洪、發電、航運、枯期補水、生態等方面發揮著巨大的綜合效益。與設計階段相比，建成後的三峽水庫的運用環境發生較大變化，各用水部門也對水庫調度提出了新的更高要求（劉丹雅和紀國強，2009；仲志余和寧磊，2006；仲志餘，2003）。為全面發揮三峽水庫的綜合效益，開展新約束、新需求、新邊界條件下的水庫優化調度研究是經濟社會發展的客觀要求。隨著三峽水庫運用條件的變化和調度方式的優化，為充分發揮三峽工程綜合調度能力，提高對不同類型洪水的防洪減壓作用，亟須在已有研究的基礎上，研究三峽水庫不同運行水位對庫區的影響，滿足實時調度中的快速決策需求。
在三峽工程的可行性研究階段，主要採用壩址洪水和靜庫容調洪進行回水推算工作；初步設計階段在覆核可行性研究階段的成果的基礎上，開展了基於動庫容調洪的回水推算工作。可行性研究階段和初步設計階段庫區水面線的推算，是根據漸變流的原理，採用分段穩定流的方法進行方程的離散，並以試算法進行求解。應該說，回水曲線偏安全地給出當時計算條件下庫區回水淹沒的上邊界。
三峽水庫蓄水運用以來，隨著長江上游幹支流梯級水庫群的陸續建成運行，加之水土保持、降雨減少、河道采砂等綜合影響（金興平和許全喜，2018），水庫來水來沙條件發生明顯變化。2003∼2018年，水庫年平均徑流量（宜昌站）為4094億m3，較初步設計階段的4510億m3減少約9%；入庫年平均沙量為1 54億t（朱沱站+北碚站+武隆站）?，較初步設計階段減少約70%。同時，流域經濟社會的發展對三峽水庫防洪、發電、航運、供水、生態等綜合調度提出了更高的需求（周曼和徐濤，2014）：汛期下游防洪和航運部門提出對55000m3/s 以下的中小洪水進行攔蓄，以減輕下游防洪和兩壩間通航壓力；為滿足下游生產、生活用水需求，中下游用水部門希望提高汛期末段和枯水期三峽水庫的曲小下泄流量；此外，各方希望三峽水庫開展生態調度，創造有利於四大家魚繁殖的水力學條件，減少庫尾及庫區泥沙淤積；等等。為此，以提升三峽水庫綜合效益為目標，針對三峽水庫調度運行方式開展了持續優化調度研究與應用實踐（李肖男等，2022；鮑正風等，2016；鄭守仁，2015；周曼和徐濤，2014）。
在三峽水庫優化調度取得顯著社會經濟效益的同時，也應看到，由於水庫汛期和蓄水期運用方式的優化，汛期和蓄水期水庫實際運用水位與設計調度方式相比有所不同。試驗性蓄水以來實施的汛期水位上浮運用、中小洪水調度和兼顧城陵磯附近地區的防洪補償調度等優化調度方式，使水庫汛期和蓄水期的實際運行水位與初步設計階段相比有所抬高，2009∼2018年的實時調度中，三峽水庫汛期曲高調洪水位基本都在150 0m （資用吳淞，以下無特殊說明均同）以上，且多數在155 0m 以上。調度運行方式的改變使水庫汛期運?朱沱站建於1954年，於1967年下遷450m，改稱朱沱（二）站，又於1984年再次下遷290m，改稱朱沱（三）站；北碚站建於1939年，於1976年上遷106m，改稱北碚（二）站，又於2007年下遷831m，改稱北碚（三）站，文中在無特殊情況時使用北碚站。
行水位常高於初步設計階段的汛期運行水位，在遭遇不同頻率洪水時，有可能增大庫區特別是庫尾河段的淹沒風險（鄒強等，2018；鄭守仁，2015；李雨等，2013；郭家力等，2012）。為避免庫區水面線超過初步設計階段確定的庫區移民遷移線（以下簡稱”移民線”） 和土地徵用線（以下簡稱”土地線”），水庫運行管理部門時常面臨著很大的調度決策壓力。因此，實時調度中，在三峽水庫為中下游防洪減壓調度時，為儘量避免庫區回水淹沒，需要探明三峽水庫不同運行水位對庫區的淹沒風險，構建水面線快速計算模型，開展淹沒風險快速評估，為運行管理部門的調度決策提供快速輔助支持。
此外，在三峽工程可行性研究階段和初步設計階段，針對工程泥沙問題開展了大量研究，分析了庫區泥沙淤積對水庫回水的影響。但鑒於泥沙問題的複雜性，部分問題尚未認識清楚，還需要進一步深入研究和持續觀測，因此三峽水庫回水淹沒處理未考慮水庫泥沙淤積的影響。試驗性蓄水以來，雖然入庫泥沙較建庫前大幅減少，但2003年6月∼2018年12月，三峽水庫入庫懸移質泥沙量仍有23 355億t，出庫（黃陵廟站）懸移質泥沙量為5 622億t，不考慮庫區區間來沙，水庫淤積泥沙17 733億t，年均淤積約1 1億t，入庫泥沙的淤積使得庫區的河道地形發生一定的變化。此外，三峽水庫屬典型的峽谷河道型水庫，庫區內支流眾多，據統計，庫段內有回水長度1km 以上的支流170餘條，各支流回水總長度約1840km，其中回水長度在20km 以上的有16條，占支流庫段總長度的59 2% 。對於庫區地形的沖淤變化、動庫容的實時調整，都需要準確、快速的計算模型與工具，以實現庫區防洪控制點水位過程的準確、高效模擬，為三峽水庫調度和庫區防汛工作提供依據。
同時，近年來庫區城鎮化加速推進，據統計，三峽庫區城鎮化率由1992年的10 68% 提高至2013年的52 18%，城鎮規模成倍增長。城鎮化率的提升使得對水庫岸線和水資源的利用增加，岸線利用越來越長，人水關係更加密切，2008年長江幹流和12條主要支流已利用岸線達279 92km，岸線利用率為11 96%，兩岸人群居住、經濟活動與三峽水庫運行的關係越來越密切，對三峽水庫運行水位變化的敏感性增強。同時，水庫不同運行水位的漲落對庫區淹沒的相關影響越來越明顯，且該影響相較於初步設計階段有所變化。面對庫區環境的變化，需要對三峽水庫全部庫周一定高程範圍內的信息要素開展本底調查，設計、建立本底信息庫，以更準確地描述庫區淹沒風險，為不同運行水位調度方案的選擇提供決策參考。因此，需要深入開展水庫優化調度對庫區洪水水面線影響與庫區淹沒風險的研究，為科學調度提供決策依據。
在此背景下，厘清三峽水庫庫周一定高程範圍內的信息要素、構建相應的本底信息庫，可為不同運行水位調度方案的庫區淹沒風險評估提供數據支持。總之，為適應三峽水庫來水來沙變化，響應水庫上、下游及各部門對水庫調度方式優化的迫切需求，並充分發揮工程綜合效益，亟須開展三峽水庫不同運行水位對庫區的影響研究，為研究三峽水庫實時調度的上下游反饋機制、深化以三峽水庫為核心的控制性水庫群聯合調度方式研究提供決策支持，對構建”小水減壓、大水減災、特大洪水避險”的多級防洪調控體系具有十分重要的現實意義。
1 2三峽庫區概況
三峽工程位於長江上游與中下游的交界處，壩址控制流域面積100萬km2，約占長江流域總面積的56%。三峽水庫正常蓄水位為175 0m，汛期防洪限制水位為145 0m，枯水期消落低水位為155 0m，防洪庫容為221 5億m3，調節 庫容為165 0億m3，具有巨大的防洪、發電、航運、供水、生態等綜合利用效益，是綜合治理開發長江的關鍵工程。
三峽庫區位于東經105°44′∼111°39′