水库运行对下游河道最小生态径流影响的定量评价分析

全面分析了小浪底水库蓄水拦沙期2000-2006年库区及下游河道泥沙冲淤调整;在分析泥沙输移规律的基础上量化了连续冲刷状态下河道输沙能力变化与累计冲刷量间的关系,揭示了冲刷条件下河道输沙能力降低是因为床沙有效交换层内小于0.05mm的细沙及中沙补给不足造成的;结合三门峡水库拦沙期的观测资料,对比研究了异重流洪水期间小浪底水库的排沙效果及其下游河道对高含沙异重流水沙过程的响应,指出了小浪底水库对洪水具有较大的"拦粗排细"潜力,且高含沙异重流洪水不会造成河道严重淤积。因此,在洪水调度中,要充分利用水库塑造异重流洪水,多排少拦,以达到下游河道长期减淤的目的。

南水北调西线一期工程从雅砻江支流鲜水河的达曲、泥曲和大渡河支流的色曲、杜柯河、玛柯河和阿柯河等6条河流通过“六坝七洞一渠”,将40亿m3/a水调到黄河的支流贾曲。这一水量约占引水坝址河川径流的65%~70%,剩余30%~35%的水量能否满足河道内的生态需水,需要进一步研究。本文通过分析该调水区河道内的生态需水主要是满足水生生物栖息地的需水要求,讨论了水生生物产量与水体水量之间的关系,利用河道内径流50%保证率的河道径流的30%作为最小生态径流量的方法,估算了达曲、泥曲、绰斯甲河、足木足河的水文站断面的最小生态径流量,并利用tennant方法对估算结果进行了评价。结果表明:4~9月采用最小生态径流量可以使河道的流量状态处于中等水平,10~3月若河道内流淌着最小生态径流,可以使河道内水生生物及河道的正常功能处于非常好的状态,只要工程建成后采用计算的最小生态径流为河道内下泄流量,就可以保证同时满足调水河流的资源水和生态水。

月潭水库地处新安江主源率水上,是以城市防洪为主,结合城镇供水,兼顾发电与灌溉等具有综合开发利用功能水利枢纽工程,并属于国家172项重大水利工程之一。基于月潭水库工程调度运用方式、水库多年平均生态基流及水库城乡供水及灌溉等用水需求,以水库下游月潭水文站和屯溪水文站1959~2012年实测流量资料为研究对象,采用典型年法分析月潭水库建设对新安江流域水资源总量及下游水资源年内分配的影响。分析表明,月潭水库的建设对率水及新安江干流河道水文情势有一定的影响,并具有一定的削峰补枯作用。

本文基于仁化、长坝两个研究站点1958~2009年之间的日平均径流资料,采用iha法分析锦江水库修建后对下游河道径流过程变化的影响;基于扶溪、城口、五渡村、厚坑、仁化、石塘等站点1958~2009年的降水资料,采用滑动平均法及m-k检验法分析锦江流域降水年际变化,以印证锦江水库对下游径流的影响.结果表明,锦江水库建库后下游年平均径流总量有所减少,其调蓄水对下游径流有削峰迟滞作用,汛期径流年内分配减少的但其年际变化较建库前小,并使得年内径流分配较建库前均匀,但其调蓄水也促成建库后锦江下游段的多年平均断流天数长达52.06d,给下游生态造成一定破坏,有必要采用更为合理的调度制度以使下游和谐发展.

分析了自2002年起小浪底水库每年实施调水调沙在黄河下游河道冲刷中的作用,指出小浪底水库调水调沙有利于下游河道冲刷,但通过资料分析,冲刷的幅度有逐年变小的趋势,为此,恰当地评价当前调水调沙的作用十分必要。

通过滦河下游河段水沙条件及平面形态的分析,滦河下游河床演变的趋势是河槽萎缩,平滩流量下降,中小洪水增多,河势难以完全控制。总结了护岸丁坝或控导工程的防护效果。已有整治措施对保护滩岸起到了积极作用,缩小了主流摆动的范围,但在平面布置上需适当加密丁坝工程,河势才能得到完全的控制。新建丁坝要求满足治导线的总体规划,建议按微弯型河道方案进行设计,设计流量3000m3/s,主槽宽度为400～650m不等。这样既能发挥现有护岸工程的作用,又是一种投资少、见效快的整治方案。

应用单项组分评价法和综合评价法对清河干流傍河地下水进行了水质评价,综合分析了清河水库供水对清河干流傍河地下水水质的影响,为科学优化调度水库供水,合理开发利用水库水资源,实现对清河、开原区域水资源的有效利用和管理提供依据。

三峡水库蓄水运用改变了下泄的水沙条件,引起坝下游水沙过程及输移特性的变化。采用以旬为单位的统计时段,分析比较了三峡水库蓄水前后旬平均流量、输沙量及含沙量的变化。蓄水前后坝下游各站洪水、中水、枯水3个流量区间的出现频率变化分析表明,建库后距坝距离愈远其洪水流量区间出现频率的减小愈显著。统计分析了不同流量级下含沙量的沿程恢复程度,发现高、低水流量级下其沿程恢复程度较中水流量级高。分析了各站悬移质中值粒径和床沙级配的变化,发现床面粗化主要位于距坝较近的荆江河段,由于粗细粒径的交换作用,悬移质中值粒径在下荆江显著变粗。

受三峡水库蓄水拦沙影响,坝下游河道将发生长距离、长时期的调整,并引起河势调整、崩岸增加、枯水位下降、荆江三口分流减少等河道反应,需采取科学的应对措施.介绍了国外关于均衡河流与优良河道形态的描述,引入传统五行系统观,分析了比降、流速、床沙、悬沙、水深5个因子的循环激励与制约关系,阐述了河流演变系统自动调整与再平衡过程.为应对河道反应,提出了河道整治与崩岸治理、水库优化调度、河道监测与分析研究等对策,探讨了河道治理原则和典型河段治理思路,建议采用护底加糙、口门改道、潜坝限流等整治措施,以期为坝下游河道保护与治理提供参考.

天然河流上游修建大型水利枢纽后,必将引起水库下游河道的再造床。黄河小浪底水库自1999年10月下旬下闸蓄水以来,已运行十年有余。本文通过实测资料的分析,从河道的冲刷和河道的平面形态变化两方面来阐明小浪底水库拦沙运用十年来水库淤积及下游河道的再造床过程及其特点,为小浪底水库进一步水沙调控提供借鉴,也丰富了多泥沙河流兴建大型水库以后下游河道河床演变学科的内涵。

滦河径流年内分配极不均匀,有73%的输水量和96%的输沙量集中在汛期,大水挟大沙的特征明显。修建于干流上的潘家口水库、大黑汀水库和支流上的桃林口水库控制了流域89.9%的汇水面积,削减了滦河63%的径流量、99.3%的输沙量和汛期30%的径流峰值,引起了下游河道的快速响应,导致河床展宽变浅,出现衰亡迹象。

基于三门峡水库建库后渭河下游河道演变及洪水过程实测资料,采用实测资料分析,理论分析和数值模拟相结合的方法,分析了渭河下游河道发生冲淤变化对洪水特性的影响。结果表明:自水库建成至2003年间,渭河下游河道发生淤积萎缩引起渭河洪水演变特性发生了显著地改变,渭河下游洪水位抬升、洪水传播历时延长以及洪峰削峰率增大,而这些洪水特性也是造成渭河下游河道发生淤积萎缩的主要原因。2003年之后,因渭河下游河道水沙条件的变化,洪水洪峰流量大幅度减小,河道出现冲刷,漫滩流量相较于先前减小,使渭河下游洪水位下降、洪峰传播历时缩短、洪峰削峰率不断减小。

选取浙江省新安江大坝下游尾水至富春江水库某一河段作为试验场地,实时监测同一河流剖面的河道水位、温度以及河岸水位与温度分布。通过分析侧向潜流交换流量,定量描述侧向潜流交换的空间非均质性和动态特征,刻画河岸潜流带与河道水体水位、温度之间的响应关系。结果表明:本次试验剖面上的侧向潜流交换流量变化范围为-8.36~3.87m2/s,监测时间段内单位长度上的潜流交换量可达2.49m2;河岸带侧向潜流区同一剖面不同观测井处的潜流流量呈线性相关,且离河道越远,潜流区水位波动振幅消减越多,响应越滞后,潜流交换流量越小;受水库下泄水流影响,河道水温日波幅很小,河岸含水层具有显著的垂向温度分层。在垂直方向上,冬季浅层河岸温度较低,深层河岸温度较高,夏季则相反,同时浅层温度梯度较大,尤以地面以下0.8~1.7m范围内温度梯度最大,深层温度梯度小;在水平方向上,离河道越远,受河道入渗水影响越小,温度越高。揭示了水库运行对下游河岸潜流带的影响规律,为河流潜流带生态影响评估提供参考。

水土流失问题是生态系统面临的重要问题.对于多沙河道来说,必须维持一定的生态环境需水量用于输沙,以保证河道生态平衡.本文以多沙河流为研究对象,以输沙动力学理论为基础,分析了河流输沙能力和水流挟沙能力,在此基础上提出了河道在不冲不淤的临界状态下河流最小流量的计算方法,此为防止河道泥沙淤积的最小生态环境需水量.通过实际算例,本文还说明了所提出的计算方法的应用,以期为多沙河道水资源合理配置及生态平衡维护提供科学依据.

研究了修建水库及河道整治对黄河下游白鹤镇至高村游荡性河道河势演变的影响,探讨了游荡性河道向弯曲性河道转化的可能性。认为经过水库调节后,进入下游的来沙量减少,洪峰削平及中水持续时间加长,有利于游荡性河道游荡程度的降低及向弯曲方向的发展;河道整治工程对于减小河道的摆动强度,稳定流路,促使河道由游荡向弯曲方向发展的作用是显著的。在小浪底水库下泄有利水沙条件下,若能利用现有的河道整治工程,并补充必要的河道整治措施,黄河下游游荡性河道有可能逐步转化为象高村至陶城铺河段那样的限制性弯曲河道。

通过对飞云江下游河段河床演变规律和来水来沙情况的综合分析,提出了飞云江下游河段适宜的采沙位置和规模,并计算分析了采沙对洪水位及堤防冲刷的影响,认为飞云江下游河段合理采沙不会对该河段构成不利影响。

本文采用清华大学与黄河水利科学研究院共同研制的黄河小浪底水库下游河道冲淤数学模型和三门峡水库蓄水运用及滞洪运用初期实测资料,开展了系统的验证计算,并以此为基础,对小浪底水库运用初期下游河道的冲淤变形趋势进行了预测计算,其计算结果对小浪底水库初期运用方式的制订具有指导意义。

以牡丹江一级支流海浪河上拟建的林海水库为例,从水资源可持续利用与环境保护相协调的角度出发,采用改进的tennant法对冰封期生态流量进行计算,确定北方寒区水利工程下游最小生态流量,为水利枢纽调度运行提供依据。

水库排沙对减轻水库淤积、延长水库寿命和恢复河流泥沙连续性等方面有着重要意义,但是水库进行水力排沙时水库下游河流水体的物理和化学性质的变化可能对鱼类等水生生物产生不利影响,严重时出现死鱼现象。国内外水库排沙时期下游河道含沙量及其颗粒级配、溶解氧浓度、污染物等水质变化对鱼类影响研究表明,微颗粒泥沙淤堵鱼鳃影响其摄入氧气功能和水体溶解氧下降是影响鱼类的两个主要因素,且含沙量及其持续时间、颗粒级配等对鱼类影响机理不同。最后展望了我国今后水库排沙对下游河流鱼类研究内容。

以丹江口水库下游黄家港水文站1956—1997年径流资料为研究对象,采用kendall秩次相关检验、有序聚类分析等方法对年径流变化进行趋势、跳跃分析,并对汛期、非汛期径流变化情况进行分析。结论表明,丹江口水库的运行使汉江中下游年径流量有一定的减少趋势,同时对年内汛期、非汛期径流量产生较大影响。

传统认为,水库扩建后调节能力增强,对径流的蓄峰补枯作用明显,从而提高下游梯级的电能数量和质量。然而,随着经济社会的快速发展,水库承担的综合利用要求越来越多,水库扩建后需综合分析对下游梯级电能的影响:①水库扩建后,一般灌区规模将会扩大,灌溉流量从库中直接引走,使下游梯级入库流量减少,从而使发电量减少;②水库扩建后,若承担下游较重的防洪任务,汛期必将预留较大的防洪库容,从而大大削弱水库的调蓄能力;③水库扩建后,本身电站随之扩机增容,机组引用流量大大增加,从而导致上下游机组过流能力不匹配,当上游梯级调峰时,下游调节性能较弱的梯级将白白弃水,损失电能。

根据水利枢纽下游河道的实测资料，得到下游河道水位流量关系的调整变化，并对其变化原因进行了分析。