长江上游梯级水库泥沙输移与泥沙调度研究
长江上游卵石输移运动规律研究及数值模拟
长江上游卵石输移运动规律研究及数值模拟XIAO Yi;LI Wen-jie;YANG Sheng-fa;LI Pei-lin【摘要】基于长江上游东溪口卵石滩段的物理模型,开展了典型系列年卵石输移特征的试验.根据不同水动力条件下卵石输移的实测数据,从动力机理出发确定砾石输移速度.以此为基础,改进了二维数值模型,并将其应用于东溪口河段卵石输移过程模拟.将计算的卵石输沙分布及泥沙冲淤过程与实测值进行对比,卵石走沙轨迹与河道内走沙基本吻合,模拟泥沙冲淤变化与该河段实测分布一致.说明改进后的平面二维卵石推移质运动模型能较为真实地反映河道内卵石输移特性,可为解决长江上游卵石河段泥沙问题与航道整治工程提供理论与数据支撑.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2019(000)002【总页数】8页(P93-100)【关键词】卵石运动;输移带速度;数值模拟;长江上游【作者】XIAO Yi;LI Wen-jie;YANG Sheng-fa;LI Pei-lin【作者单位】;;;【正文语种】中文【中图分类】TV145;U616卵石推移质输沙特性研究一直是河流泥沙研究的重要课题,是解决河床演变、水库淤积、河流泥沙数学模拟的基础[1]。
山区河流中卵砾石输移具有一般沙质推移质不同的输移特性，其输沙与水流强度、来沙特性和床沙组成之间形成相互反馈、错综复杂的关系，使其输沙分布更为复杂[2]。
曹叔尤等学者[3-6]发现山区河道形态及河床滩槽构成对断面卵石输移分布有显著影响，其输沙过程具有明显带状特征。
目前，由于仍不能精确测量底流流态-底沙运动响应的物理特性，山区河道推移质输移运动机理研究成果仍未明显进展。
长江上游属于典型的山区河流，随着梯级水库的建设和运用，来水来沙的变化导致原有稳定河床结构失稳，卵石滩群联动塑造演变加剧，对下游航道通航条件、冲淤变化以及相应整治措施等影响尤为显著。
本文通过长江上游典型卵石滩段(东溪口)物理模型，进行了卵石推移质输沙带运动试验，分析不同水动力条件下的卵石推移质输移带运动速度观测资料，从动力机制层面获得卵石运动速度公式，并进一步完善了平面二维水沙数值模型的推移质运动模块，基于东溪口水道的实测资料对改进后的二维数值模型进行模拟，通过对卵石输移特性(运动轨迹﹑运动强度以及冲淤过程)的对比，说明该模型具有计算长江上游河段卵石运动过程的能力，可为长江上游的航道工程泥沙问题的解决提供技术支持。
梯级水库群短期优化调度研究的开题报告
梯级水库群短期优化调度研究的开题报告一、研究背景近年来，随着水资源紧缺和经济社会持续发展的要求，水库调度越来越重要。
而梯级水库群作为一种常见水利工程形式，存在调度效率低、泄洪难度大等问题。
因此，对于梯级水库群的优化调度进行研究，可以提高水资源利用效率和水能利用率，实现水资源精细管理和优化配置。
本文旨在对梯级水库群短期优化调度进行研究，为实现水资源可持续利用提供一定理论和实践指导。
二、研究内容和目标本文拟从梯级水库群调度的基本原理和技术手段、梯级水库群调度的现状和问题、梯级水库群短期优化调度方法等方面入手，结合实际的水库调度数据和现状，建立数学模型，采用数学优化方法，系统研究梯级水库群的短期优化调度策略，以提高水资源利用效率和水能利用率为目标。
具体研究内容如下：1. 梳理梯级水库群的调度基本原理和技术手段。
主要包括梯级水库群调度的目标、原则、指标体系和基本方法，深入理解梯级水库群的工作原理，为后续研究打下基础。
2. 分析梯级水库群调度的现状和问题。
通过对已有文献和资料的分析，深入探讨梯级水库群调度现状和问题，为优化调度提供参考。
3. 构建梯级水库群短期优化调度模型。
结合现有模型和实际数据，根据对梯级水库群的特点进行综合分析，构建具有实际应用价值的梯级水库群短期优化调度模型。
4. 探究梯级水库群短期优化调度策略。
针对水库的运行特性和水情变化状况，设计梯级水库群短期优化调度策略，如合理调节进水流量、控制泄洪流量、制定蓄水方案等方面提高梯级水库群的运行效率。
5. 验证和优化模型。
通过实际数据的验证，评估模型优化效果。
三、研究方法和技术路线本文采用理论分析和实证研究相结合的方法，主要采用数学方法和优化技术等工程技术手段：1. 研究主要采用定量分析方法，建立数学模型，通过数学方法以及有效的算法优化水库调度方案。
2. 研究数据来源主要来自国家枢纽工程水文水资源监测资料、周边气象局气象监测、水库渗透曲线、工程施工建设规划等。
三峡流域目前的生态和地质灾害方面问题
三峡流域目前的生态和地质灾害方面问题（1）.泥石流和水土流失长江上游地区泥石流和水土流失主要是在横断山区。
稀疏的植被，破碎的地貌，过度的土地利用和水电建设、矿山开发以及干热河谷特性，造就了横断山区成为地球上著名的泥石流多发地和水土流失泛滥区，使区内不少地方丧失生态功能和生境条件。
泥石流在横断山诸河流的分布特征是成群成带分布，很多冲蚀支流成为泥石流的通道，在沟口处往往形成大型冲积扇并阻挡河流，光秃破碎的山体往往形成破面泥石流，每年向河流输送大量泥沙物质，新的泥石流沟还在不断扩展。
水土流失在区内成片分布，其面积占60%以上，年侵蚀物总量约20亿吨以上，大部分通过地表径流和泥石流输入河川水库。
例如在西秦岭-横断山东部主要是暴雨泥石流重度灾害区，主要涉及嘉陵江上游、岷江上游、大渡河、雅砻江、金沙江中下游等流域。
据统计从1971年至1988年的17年间，四川乐山沙湾至攀枝花的成昆铁路路段，（该路段跨越岷江、大渡河、安宁河、金沙江等河流流域），就有80多条沟暴发泥石流152次，平均每年发生8.5次。
据不完全统计，汶川地震灾区河流次生灾害新增地质灾害点面1.2万多处，产生崩滑泥石流物源10亿立方米以上，这不仅使灾区电站继续面临次生灾害的威胁，而且使水库蓄水条件恶化、水库功能消减，缩短水库和电站的寿命；一些高坝大库地质变化较大，坝体、坝肩内伤严重，库区地质结构和地质环境改变，不稳定危岩增加，治理任务非常艰巨，水电站安全隐患并没有完全消除；一大批在建电站技术经济指标发生改变，投资增加。
长江流域的水土流失主要分布在上中游地区,这一地区的水土流失面积55万km2，约占全流域水土流失面积的98%。
长江流域的水土流失除了具有水土流失类型多样、水土流失后果严重、人类活动造成了水土流失加剧之外，还有一个重要的特点就是水土流失具有隐蔽性。
长江流域山区地表组成物质颗粒较粗，侵蚀后大多滞留在坡前、或被就地拦蓄，进入河流的只是一小部分，河流输沙量一般小于地面侵蚀量，据对16条典型流域的分析，泥沙输移比平均为0.23左右，这与黄土丘壑区泥沙输移比接近于1的情况有很大的不同。
长江上游推移质泥沙输移特性分析
成为数众多 的冲击锥 、 冲击扇。卵石洲滩 、 碛坝 十分发育 ， 河道
因此被束窄 。在一定的水位下 ， 河槽坡大流急， 每每在其下游形
成 深 槽 ， 泓 两 侧则 形 成 缓 流 或 回流 区 。 深 在河 流 特 性 研 究 中 ， 用 水 道 级 别 来 进 行 研 究 。按 照 常 Ｓ ａｌ Ａ． …对 水 道级 别 的 定 义 ： 流 包 括 所 有 间 歇 性 及 永 久 ｔｈ ｒ Ｎ ｒ ｅ 河
１山区 河道 的 比降和糙 率都 比较 大。随着 水 道级 别 的增加 ， ， ｈ Ｂ值也会逐渐降低 ， ／ 最后达 到某一稳定值 。但这种 降低 是 缓慢 的。对于浅丘流域的河道 ， 情况 则有所不 同，ｈ Ｂ值 随着 ／ 水道级别的增加将很快降低 达到稳定值。 长江上游 的泥沙输移特性及泥沙组 成等与平原河流不 同， 其主要原因 ： 山区流域坡度与河床 比降较大 ， 流速度大 ， ① 水 水 流 的冲刷能力和搬运能力强 ； 河床泥沙粒径粗且级配很宽 ， 如重 庆龙河流域上的石柱 水文站测 得床沙 的最 大粒径达 ２ｍ， 而最 小粒径则为 ０ ０ ｍ； 河床多 由砂 卵石所 组成 由于山区河 ．１ｍ ②
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第３ ９卷 第 １ ８期 ２ ０ ８年 ９ 月 ０
文 章 编 号 ：０ １ ４７ （０ ８ １ —０６ —０ １０ — １９ ２０ ）８ ０ ３ ４
人 民 长 江
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关 键 词 ： 移 质 泥 沙 ；输 移特 性 ；水流 强度 指标 ； 推 随机 性 ；长 江 上游
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应 力 ｒ 可 以作 为预 测 输 沙 强 度 的水 流 强度 指 标 ， 移质 泥 沙运 动 表 现 出很 强 的 随机 性 。这 些 结果 对 长 江 推
长江科学院参加水库泥沙调度专题研讨会
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科技成果——梯级水库联合调度泥沙数学模型软件
科技成果——梯级水库联合调度泥沙数学模型软件技术开发单位
长江水利委员会长江科学院
成果简介
针对梯级水库联合调度作用下的泥沙问题研究的客观需要，建立了梯级水库联合调度泥沙数学模型软件。
基于一维非恒定流水沙动力学过程的梯级水库联合调度泥沙数学模型，可进行多水库同步冲淤计算，模型中包括水动力模块。
泥沙输移模块和水库调度模块，具有水库自动调度功能，可将泥沙冲淤计算与水库调度计算耦合在一起，实现泥沙冲淤与水库调度的一体化同步模拟计算。
主要性能指标
该模型为树状河网模型，计算范围为梯级水库群、连接各水库的干支流河道及区间入汇支流所组成的复杂河网系统；该软件可实现梯级水库泥沙冲淤同步联合计算机泥沙冲淤与水库调度的一体化同步模拟计算。
适用范围
适用于干支流梯级水库联合调度泥沙冲淤模拟计算，计算结果可用于梯级水库水沙调控、调度方案优化与制定。
长江上游流域梯级水库群联合优化调度研究与实践
长江上游流域梯级水库群联合优化调度研究与实践作者：肖舸汤正阳来源：《长江技术经济》2018年第01期摘要：我国水能资源开发发展迅速，特别是长江上游流域，目前以三峡水库为核心的长江上游水库群正逐步形成。
为更好地利用水资源，充分发挥梯级水库综合效益，开展长江上游流域水库群联合调度研究具有重要意义。
然而，随着流域水库群的投产运行，上下游自然环境、水文气象条件和沿岸各地区经济社会条件的较大变化，现有的调度技术和手段無法满足联合优化调度的要求。
因此，有必要研发流域水资源决策支持系统，解决长江上游控制性水库群联合调度过程中的关键技术问题，提高水资源利用率，充分发挥梯级水库综合效益，未来可在各流域梯级水库群联合优化调度中进行推广应用。
关键词：流域；梯级水库；调度；决策系统；综合效益中图法分类号：TV697.12 文献标志码：ADOI：10.19679/ki.cjjsjj.2018.0115随着我国当前流域的滚动开发和电站的陆续投产，水电站的调度运行从单一时空尺度、单目标的常规调度，向大规模、多尺度、多层次、多属性、多目标方向联合优化调度发展。
在联合调度运行过程中，不可避免地面临水文情势变化、过程不确定性增加、调度模式复杂、供需矛盾增大等诸多方面的影响和风险，存在一系列亟待解决的科学问题和技术难题，这也是现阶段国内外学者研究的重点、难点和前沿问题。
目前，以三峡水库为核心的长江上游流域水库群初具规模，为更好利用水资源，充分发挥梯级水库综合效益，开展流域水库群联合调度研究具有重要意义。
立足于实现中央提出“防洪安全、供水安全、粮食安全、经济安全、生态安全、国家安全”的国家安全目标与《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》提出的国家科技创新目标，针对新形势下梯级水库群防洪、航运、发电、供水、生态等综合调度面临的各方面问题，以金沙江下游—三峡梯级水库群为研究对象，通过研究水库群联合调度的关键技术，解决流域梯级水库群的水库蓄泄及河道径流仿真、梯级流域水库群长中短期优化调度、梯级水库群预报及调度运行评估等技术难题。
长江泥沙调控及干流河道演变与治理技术研究
丨2017年第6期·116·长江泥沙调控及干流河道演变与治理技术研究卢金友（长江水利委员会长江科学院，武汉 430010）长江流域面积180万km 2，人口和国民生产总值均超过全国的40%，是我国水资源配置的战略水源地、水电开发的主要基地、连接东中西部的“黄金水道”和珍稀水生生物的天然宝库，在我国经济社会发展中具有非常重要的战略地位。
近些年来，在自然条件和人类活动的双重影响下，长江泥沙时空分布与产输过程发生了重大变化，给河流开发利用与保护均带来了显著影响，而沿江经济社会快速发展和生态文明建设不断对长江泥沙提出调控要求。
同时，河流工程建设和泥沙资源化利用的发展也使长江泥沙调控具备了基本条件。
但泥沙兼具灾害性与资源性，泥沙调控与河流功能发挥之间存在着矛盾与统一，需要深入研究。
依据国家重点研发计划“水资源高效开发利用”重点专项2016年第一批申报项目指南，长江水利委员会长江科学院作为项目牵头单位，联合中国水利水电科学研究院、武汉大学、长江勘测规划设计研究有限责任公司、清华大学、南京水利科学研究院、四川大学、长江水利委员会水文局、浙江大学、长江河道规划设计研究院、中国科学院地理科学与资源研究所、中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所、中国长江三峡集团公司、华北电力大学等13家单位，成功申报了国家重点研发计划“长江泥沙调控及干流河道演变与治理技术研究”项目（项目编号：2016YFC0402300）。
本项目研究团队具有产、学、研、用协同攻关条件和从事基础前沿、重大共性关键技术研究到应用示范的全链条创新设计和一体化组织实施的优势。
长期以来，研究团队承担了国家“973”、科技支撑计划和自然科学基金等数百项研究工作，在水沙运动与河床演变、水库调度、工程泥沙、河（航）道整治及河流模拟等方面取得了系列创新性成果，拥有数十位国家级、省部级高层次人才和一批长期从事长江泥沙、河床演变与治理工作的专家和技术骨干，10 多个国家级和20多个省部级与本项目相关的重点实验室、工程技术研究中心，以及长江流域水文观测站网和系列数据，多套河流水沙数学模型，多座先进的试验水槽、实体模型与现场研究基地，为本项目提供了坚实的研究基础、良好的工作条件、宝贵的研究经验和充分的人才保障。
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长江上游梯级水库泥沙输移与泥沙调度研究泥沙淤积问题是影响长江上游大型梯级水库长期运用与效益发挥的关键因素之一,开展梯级水库联合运用条件下水库泥沙输移、库区淤积及泥沙调度等问题研究,可为梯级水库联合优化调度提供技术支撑,具有重要的现实意义。
本文以长江上游梯级水库泥沙问题为研究对象,采用实测资料分析、理论分析、数学模型计算等多种手段相结合的研究方法,开展了以下几个方面的研究：(1)采用理论分析和实测资料分析的方法开展了三峡水库泥沙输移特性研究。
沙峰输移特性研究结果表明,三峡水库沙峰传播时间的主要影响因子是入库沙峰含沙量和洪水滞留系数,沙峰传播时间可近似采用以入库沙峰含沙量和洪水滞留系数为自变量的公式来表达；三峡水库沙峰出库率的主要影响因子是洪水滞留系数,沙峰输沙率可近似采用以洪水滞留系数为单一自变量的公式来表达。
研究构建了可用于指导实时调度的三峡水库沙峰传播时间公式和沙峰出库率公式。
以三峡水库蓄水运用以来场次洪水排沙比资料为基础,通过统计回归建立了三峡水库汛期场次洪水排沙比公式,并开展了三峡水库蓄水期及消落期排沙比变化规律研究。
(2)考虑水沙输移过程中的非恒定性及库区更多支流库容的影响,基于三级解法的基本思想,建立了三峡水库干支流河道一维非恒定流水沙数学模型,并在恢复饱和系数、区间流量、库容闭合等方面对模型进行了改进。
采用三峡水库蓄水运用后2003～2013年实测资料对模型进行了验证,验证计算的水位流量过程、输沙量、淤积量及排沙比等与实测值符合较好,改进后的模型可用于三峡水库泥沙问题模拟研究。
(3)以三峡水库干支流河道一维非恒定流水沙数学模型为基础,研究建立了长江上游梯级水库联合调度泥沙数学模型,模型干流计算范围从乌东德库尾攀枝花至三峡坝址长约1800km,计算范围内包
含了乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝、三峡5座大型水库。
采用平衡坡降法进行了金沙江中游梯级、雅砻江梯级、岷江梯级、嘉陵江梯级、乌江梯级共27座水库的拦沙计算,干支流梯级拦沙计算成果通过改变模型进口水沙边界的方式参与梯级水库泥沙冲淤计算。
(4)采用长江上游梯级水库联合调度泥沙数学模型开展了乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝、三峡梯级水库泥沙冲淤500年长期预测计算。
基于1991～2000年水沙系列的计算结果表明：不考虑龙盘梯级时,乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝、三峡水库的库区淤积初步平衡时间分别约为140年、230年、260年、270年、340年；考虑龙盘梯级时,乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝、三峡水库的库区淤积初步平衡时间分别约为180年、270年、290年、300年、370年。
各水库淤积平衡时间都远长于原设计预期,这为梯级水库开展优化调度提供了有利条件。
(5)开展了三峡水库入出库水沙变化分析、长江上游实测水沙变化分析、三峡及长江上游梯级水库优化调度分析,从水沙条件变化和水库优化调度的角度,论证了长江上游梯级水库开展汛期沙峰调度和汛期“蓄清排浑”动态使用调度的现实意义及其可行性。
(6)采用实测资料分析与数学模型计算相结合的研究方法,开展了长江上游大型梯级水库汛期泥沙调度初步研究。
在三峡水库汛期泥沙调度方面,研究提出了兼顾排沙的三峡水库沙峰调度方案和三峡水库汛期“蓄清排浑”动态使用的泥沙调度方案；在长江上游溪洛渡、向家坝、三峡梯级水库汛期联合排沙调度方面,研究提出了基于沙峰调度的梯级水库联合排沙调度方案和基于汛期“蓄清排浑”动态使用的梯级水库联合排沙调度方案。