美国科罗拉多河水沙变化分析_吴保生
文章编号:1005-0930(2006)03-0427-08 中图分类号:TV147 文献标识码:A收稿日期:2005-07-20;修订日期:2006-08-22基金项目:国家重点基础研究发展计划资助项目(2003CB415206)作者简介:吴保生(1959 )男,教授.美国科罗拉多河水沙变化分析吴保生, 褚明华, 府仁寿(清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京100084)摘要:分析了开发较早的美国科罗拉多河的水沙变化趋势,依据资料为19261984年干支流3个代表测站的年水沙量资料,主要讨论了水利工程建设对水沙变化的作用.结果显示水库修建给科罗拉多河的水沙变化带来了十分显著的影响,水库修建往往导致下游测站沙量的急剧减小,并通过干支流一系列水库的共同作用,可以造成河流来沙量趋势性减少的效果.关键词:科罗拉多河;水利工程;水沙变化;减水减沙我国一些大河流如黄河和长江,近年来随着流域水资源开发利用程度的不断提高,特别是一系列大型水库的修建,使得河流主要测站的来水来沙条件发生了显著变化.例如位于黄河中游的潼关站[1],1961 1985年平均年来水量为406 3 108m 3,1986 1995年减少为287 1 108m 3,1996 2001年进一步减少为195 2 108m 3;1961 1985年平均年来沙量为12 4 108,t 1986 1995年减少为8 0 108,t 1996 2001年进一步减少为5 9 108.t长江的水沙变化虽然没有黄河剧烈,但沙量的减少趋势也是明显的.例如长江干流的宜昌站[2],1950 1987年平均年来水量为4358 108m 3,年来沙量为5 26 108;t 19882000年平均年来水量为4371 108m 3,来水量变化不大,而平均年来沙量为4 28 108,t较1950 1987年减少18 5%.汉江是长江中下游的最大支流,位于汉江中游的皇庄站,虽然来水量没有趋势性的变化,但来沙量却急剧减少,1951 1965年平均年输沙量为1 33 108,t 1966 1984年减少为0 33 108,t 1985 2000年进一步减少为0 096 108,t 较1951 1965年减少93%.对于黄河和长江的水沙变化趋势已有很多研究[2-6],总的来讲对黄河的水沙减少趋势较为一致,但对于长江的来沙减少趋势却看法不同,一方面大面积水土保持的效果难以确定,另一方面对干支流水库的减沙作用能否持续也存在疑虑.考虑到随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高,用水量会不断提高;长江上游自1989年起被列为国家水土保持重点防治区,实施了水土流失重点防治工程;在三峡工程投入运用后,还将在其上游干支流相继修建一系列大型和特大型水库.这些必将对三峡库区的来水来沙条件及下游河道产生长远的影响,需要进行深入研究.第14卷3期2006年9月应用基础与工程科学学报J OURNAL OF BASI C SC I E NCE AND ENG I N EERI N G Vo.l 14,No .3S epte mb er 2006428应用基础与工程科学学报 V o.l13为了借鉴国际上一些开发治理较早流域的经验,进行横向的类比分析,本文选择了美国的科罗拉多河,对该河流上一些来水来沙变化明显的测站的水沙变化趋势进行分析,探讨干支流水库修建对下游河道的减沙作用,为进一步研究和预测长江干流河道的长期水沙变化趋势提供参考依据.1 流域概况科罗拉多河是北美洲西部的主要河流[7],发源于美国科罗拉多州中北部,落基山脉中的弗兰特岭西坡.流向西南,干流流经科罗拉多、犹他、亚利桑那、内华达和加利福尼亚等5个州和墨西哥西北端,最后注入加利福尼亚湾,干流全长2310km,流域面积63 7 104km2,流域简图见图1.科罗拉多河流域边界三面环山,整个流域地势为北高南低.从发源地到利兹渡口(Lees Ferry,海拔高940m)为上游段,河道蜿蜒,长约1030km.由于地势较高,终年积雪,水量较多,河道下切明显.中游从利兹渡口至比尔威廉斯河河口,流经科罗拉多高原,由于该地区多处干旱地区,增加的径流不多,河谷不易展宽,形成许多峡谷地形,其中最为著名的是科罗拉多大峡谷.科罗拉多河下游地势低洼,有山脉、盆地、沙漠等.科罗拉多河上游年均降水量为200 500mm.秋冬春各季降水量多为降雪,春末夏初当气温升高时,积雪迅速融化,河道流量大增,年径流约70%集中在4 7月.据利兹渡口站在格伦峡大坝建成以前的统计,多年平均实测径流量为129 108m3,年平均输沙量0 62 108,t年平均含沙量4 8kg/m3.科罗拉多河中、下游雨量稀少,年均降水量不足100mm,灌溉耗水及蒸发都很大,加之沿程用水调水,因此,愈往下游流量愈少,而中、下游泥沙很多,含沙量高,河水混浊.在科罗拉多大峡谷中测得年均输沙量为1 81 108,t平均含沙量11 6kg/m3.有些支流的含沙量更大,如小科罗拉多河,年均侵蚀模数达688t/k m2,平均含沙量高达120kg/m3.河口年均径流量只有49 108m3,年均输沙量1 35 108,t年均含沙量27 5kg/m3.科罗拉多河第一次大规模的开发活动始于1928年,当时通过了兴建鲍尔德峡(即胡佛坝)工程的法令,该工程于1931年开工,1936年建成.此后,在科罗拉多河流域兴建了一系列水利工程,干流上兴建水库11座,支流上修建水库95座,干支流水库总库容约为872 108m3.由于美国西半部干旱缺水,因此在科罗拉多河干、支流上兴建了许多大型引水工程,绝大部分水量用于农业灌溉,约为95 108m3,城市给水和工业用水约28 108m3.这些工程措施不仅促进了流域的开发,更好地利用了流域的水资源,而且对流域的减水减沙产生了明显的效果.2 典型测站的水沙变化趋势鉴于水电开发和灌溉引水是科罗拉多河流域开发的重点,其对河流水沙变化的影响巨大,又考虑到水土保持措施在科罗拉多河流域开展较少且缺乏测验资料,所以,本研究着重考虑典型工程对水沙变化的影响.一般来讲,大坝建成之后,在调节水量的同时也将大量泥沙拦截在库内,可以达到迅速减水减沙的效果,而且相对于减水,减沙效果更明显一些,所以流域干支流上坝系的建设对于减沙有着很显著的影响.并通过干支流一系列大图1 科罗拉多河流域简图F i g .1 Sketch m ap o f the Co l o rado R iver basi n坝的共同作用,可以长期影响河流的水沙变化趋势.从科罗拉多和的干支流上选取了3个比较有代表性的测站,包括支流格林河(G reen R i v er)的格林河站,干流的大峡谷站(G rand Canyon)和尤马站(Yum a),各测站具体位置见图1.将收集整理得到的各测站年水量和沙量资料[8-12],点绘年水量与年沙量关系曲线、年水沙量双累计曲线以及累计水量、沙量与水文年的关系曲线,根据这些曲线的变化来分析各站的水沙变化趋势.支流格林河的格林河站的年水沙量双累计曲线以及累计水量、沙量曲线如图2所示.在水沙双累计曲线和沙量累计曲线上可以看到,1939和1966年分别出现了较为明显的转折现象,相应3个时段的趋势线具有不同的斜率,对应1930 1939年的年平均来沙量429N o .3吴保生等:美国科罗拉多河水沙变化分析为0 248 108,t 1940 1966年为0 168 108,t 1967 1984年为0 0953 108,t 19671984年与1930 1939年相比,年来沙量减少61 5%.弗莱明峡水库(F la m i n g Gorge)位于格林河站上游,于1967年全部投入运用,具有库容153 108m 3,显然1966年的沙量急剧减少是由弗莱明峡水库的修建引起的.至于1939年的转折,推测也是水库修建的结果,因为1912年在格林河站的上游就有水库修建,如斯特罗伯里水库(Stra wberry),只不过由于缺少格林河的完整工程资料,目前还难以和具体的水库联系起来.值得注意的是,格林河站主要表现在沙量的减少上,累计年水量长期以来并没有减少的趋势.图2 格林河的格林站年水沙量双累计曲线和累计水量、沙量变化曲线F i g.2 A ccu mu lated w ater runoff and sed i m ent load a tG reen Stati on of G reen R iver科罗拉多河干流中游大峡谷站的年水沙量双累计曲线以及累计水量、沙量曲线见图3.可以看到,大峡谷站长期以来水量的变化不大,虽然位于上游的科罗拉多河 大汤普森引水工程(Co lorado -B ig Tho m pson Pro jec,t 年平均引水量2 8亿m 3)自1959年全部投入运用以来对水量有所影响,但对干流中游的总水量影响不大.由水沙量双累计曲线可知,1942和1962年分别出现了较为明显的转折,相应不同时段的年平均来沙量1927 1942年为1 97 108,t 1943 1962年为0 78 108,t 1963 1972年为0 19 108,t 1963 1972年与1927 1942年相比,年来沙量减少90 4%.可以肯定地裞,大峡谷测站在1962年的突然转折,是格伦峡大坝(G len C anyon Da m )拦沙的结果.格伦峡大坝是科罗拉多河中游库容最大的水库,总库容333 108m 3.1957年开工,1964年第一批机组投入运行,1966年8台机组全部投入运行.至于1942年的沙量突然减少,则既与大汤普森河引水工程有关,又与其上支流水库的修建有关.尤马站(Yum a)位于科罗拉多河干流下游,其年水沙量双累计曲线以及累计水量、沙量曲线如图4所示.由水沙量双累计曲线可知,尤马测站在1937年发生了突然变化,1937年之前的年平均来沙量为1 13 108,t 1937年之后的沙量急剧减小,斜率接近为零,相应的年平均来沙量减为0 0446 108,t 较前一时段减少96 1%.1937年沙量的明显减少是帕克坝(Parker Da m ,1938年建成,库容为6 97 108m 3)、英皮利尔坝(I mperial Da m ,1938建成,库容为1 08 108m 3)以及胡佛坝(H oover Da m,1936年建成,总库容348 5 108m 3)共同作用的结果,这三座水库位于尤马站的上游,拦截了几乎所有的河流泥沙.水量的减少则是由于引水工程影响的结果,包括科罗拉多河引水工程(Co l o rado A queduct)、全美灌渠(A llAm erican C ana l)、中央亚利桑那工程(Central A rizona Project)、希拉河工程(G ila Project),这几个引水工程从英皮利尔水库(I m peria l)或帕克水库(Par ker)大量引430应用基础与工程科学学报 V o.l 13图3 科罗拉多河大峡谷站年水沙量双累计曲线和累计水量、沙量变化曲线F ig .3 A ccu m ulated w ate r runoff and sedi m ent atG rand Canyon Stati on of Colorado R i ve r水,直接导致尤马站水量的大幅度减少.长期来讲,当然还有中上游干流和支流引水增加的影响.图4 科罗拉多河尤马站的年水沙量双累计曲线和累计水量、沙量变化曲线F ig .4 A ccu m ulated w ate r runoff and sedi m ent at Y u m a Stati on of Co l orado R i ve r3 与长江水沙变化趋势的比较宜昌站是长江干流的代表性测站,图5点绘了宜昌站的年水沙量双累计曲线以及累计水量、沙量曲线.可以看到,虽然每年流域内的降雨不均匀,年际的水量变化很大,但是宜昌站五十多年来的累计水量随年份基本呈线性变化,表明径流量没有趋势性增加或减小的变化.但在双累计曲线图中出现了两个折点,分别相应1987年和2002年,之后趋势线的斜率变小,也就是说,来沙量分别在1987年和2002年之后出现了趋势性的减少.对应1950 1987年的年平均来沙量为5 29 108,t 1988 2002年为4 06 108,t 20032005年为0 87 108.t 如果把2003 2005年作为自然情况下的来沙量,则1950 1987年与自然情况相比,年来沙量减少83 6%.据统计[13],截至20世纪80年代末,长江上游地区已建成各类水库11931座,总库容205 108m 3.其中,50年代建成库容30 40 108m 3,60年代33 26 108m 3,70年代库容74 58 108m 3,80年代库容66 80 108m 3.20世纪80年代末各类水库的年淤积总量为1 8 108,t 其中大型水库占45 3%(年淤积率平均为0 65%),中型水库占11 1%(年淤431N o .3吴保生等:美国科罗拉多河水沙变化分析积率平均为0 39%),小型水库占43 6%(年淤积率平均为0 9%).干流宜昌站沙量的减少综合反映了长江上游干支流水库拦沙和水土保持的作用,但主要原因是新建水库拦沙作用的结果,水土保持处于次要地位.事实上,宜昌站1988 2002年的年平均来沙量较1950 1987年减少1 23 108,t 与上游各类水库的年总拦沙量1 8 108t 基本对应,考虑到上游水库拦沙后,通过河床的冲刷补给会抵消一部分水库的减沙量,水库拦沙量大于宜昌站的实测减沙量是可以理解的.显而易见,宜昌站来沙量2002年以后的急剧减少是三峡水库2003年6月蓄水运用的结果.三峡水库总库容393 108m 3,按原设计,水库运用初期的排沙比为30%,运用80年后水库淤积达到初步平衡,排沙比达85%.事实上,随着三峡上游干支流水库的陆续修建,特别是一些大中型水库的修建,将使得进入三峡水库的泥沙量较原设计大为减少,相应的水库排沙比也将大为减少.相应三峡水库达到淤积平衡的年限将较原设计增加,进入下游河道即宜昌站的沙量也将在较长时期内大幅度减少,需要进行深入的研究.图5 长江宜昌站的年水沙量双累计曲线和累计水量、沙量变化曲线F i g .5 A ccumu l a ted wa ter runo ff and sed i m ent a t Y i chang Sta ti on o f Y ang tze R i ver图6是长江支流汉江皇庄站的年水沙量双累计曲线以及累计水量、沙量曲线.可以看到,由于丹江口水库1967年的蓄水运用,导致进入下游河道的年来沙量显著减少,由建库前的2 44 108t 减少到1968 2001年的年平均0 58 108,t 减少了76 2%,显示了水库拦沙对下游河道来沙量的长期作用.至于皇庄站的年来水量在2002年之后又进一步减少为0 23 108t 的原因还有待深入研究.长江干流宜昌站和支流皇庄站的水沙变化趋势,与科罗拉多河干支流上的三个测站的水沙变化趋势颇为相似,河道累计来沙量的减少均与水库的修建密切相关.所不同的是长江干支流的减沙趋势较科罗拉多干支流的减沙趋势发生的要晚一些,此外,科罗拉多干流的减水量也十分明显,而长江干流的水量没有明显减少的趋势.4 结语本文分析了科罗拉多河干支流3个代表测站的水沙变化,并且与长江干支流代表测站的情况进行了比较,探讨了水利工程对下游河道的减沙作用.分析结果表明,水库的修建将大量的泥沙拦截在库内,迅速减少了进入下游河道的沙量,具有立竿见影的减沙作用,而且干支流水库的不断修建使得减沙作用得以长期延续,可以在较长时期内减少河流432应用基础与工程科学学报 V o.l 13图6 汉江皇庄站的年水沙量双累计曲线和累计水量、沙量变化曲线F i g .6 A ccu mu lated w ater runo ff and sed i m ent atH uangzhuang Station o fH an R iver主要测站的来沙量.在流域的开发程度不断提高的情况下,应该注意到一系列水库的修建及大量引水对河流的水沙过程带来的深刻影响,特别是对下游河道可能带来的长期减沙作用.需要指出的是,由于资料限制,本文分析没有考虑水土保持对河道的减沙作用.事实上,关于小流域地区水土保持的作用一般较为清楚,但对于有多种活动同时发生的大流域来说,目前人们对水土保持的长期减沙效果看法尚不一致,有待今后深入研究.参考文献[1] 吴保生,王光谦,王兆印,等.来水来沙对潼关高程的影响及变化规律[J].科学通报,2004,49(14):1461-1465 W u Baosheng ,W ang Guangqian ,W ang Zh aoy i n ,et a.l E ffect of changes i n fl ow runoff on t he el evation of Tongguan i nSan m enx i a R eservoir[J].Ch i n ese Science Bu ll eti n ,2004,49(14):1461-1465[2] 府仁寿,虞志英,金,等.长江水沙变化发展趋势[J].水利学报,2003,(11):21-29Fu Ren s hou,Yu Zh i yi ng ,Ji n L i u ,et a.l Vari ati on trend of runoff and sed i m ent l oad i n Yangtze R i ver[J ].Jou rnal ofH yd rau lic Engineeri ng ,2003,(11):21-29[3] 汪岗,范昭.黄河水沙变化研究(第一卷、第二卷)[M ].郑州:黄河水利出版社,2002W ang G ang ,Fan Zhao .S tudy of variati on s i n water run off and sed i m en t yield i n t h e Y ell o w R i ver(Vo l s .Ⅰand Ⅱ)[M ].Y ell o w R i ver Con s ervancy Press ,Zhengz hou,Ch i na ,2002[4] 许炯心.长江上游干支流的水沙变化及其与森林破坏的关系[J].水利学报,2000,(1):72-80Xu J i 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.3吴保生等:美国科罗拉多河水沙变化分析434应用基础与工程科学学报 V o.l13W u Baosheng,Chu M i nghua,D engYu e,et a.l Vari ati on trend of runoff and sed i m ent load and t he effect of s o il and w at er conservati on of Colorado R i ver,USA[R].Depart m en t ofH ydrau lic Eng i neeri ng,Ts i nghua Un i vers i ty,2003[9] E lliott J G,DeFeyterK L.Sed i m ent-dat a s ources and esti m ated annual s uspended-sed i m en t l oads[R].U.S.G eol ogicalSu rvey W ater Res ou rces Investi gati on s Report86-4344,1986[10] H o w ard C S.Suspended sed i m en t i n t h e Colorado R i ver1925-1941[R].US Geological Survey W ater Supply Paper998,1947[11] h tt p://.[12] h tt p://www.da m .[13] 潘庆焱.长江水利枢纽工程泥沙研究[M].北京:中国水利水电出版社,2003Pan Q i ngyan.S ed i m ent research f or hyd rau lic projects on the Yangtze River[M].Ch i na W ater and Po w er Press, Beiji ng,Ch i na,2003Variation ofW ater Runoff and Sedi m entLoad of Colorado River,USAWU Baosheng, C HU M i n ghua, FU Renshou(State Key Laborat ory ofH ydrosci en ce and Eng i neeri ng,Ts i nghua Un i vers i ty,B eiji ng100084,Ch i na)Abst ractThe vari a ti o n of w ater runoff and sed i m ent load of Colorado R iver w as analyzed in this paper.The data used in the ana l y sisw ere taken fro m3stations on the river fro m1926to1984 The analysis focused on t h e e ffect o f eng ineeri n g m easures on the changes i n w ater runo ff and sed i m ent load.Resu lts sho w that da m constructions have greatly a ffected the trend of w ater runo ff and sed i m ent load o f Co l o rado.The operation o f a reservoir usually causes a sudden reducti o n i n sedi m ent load do w nstrea m o f the pro jec.t The effect of a series o f da m sm ay result i n a long-ter m tendency of reducti o n in sed i m ent load.K eywords:Co l o rado R i v er;eng i n eering m easures;changes in sedi m ent load;w ater and sedi m ent reducti o n。
海洋工程
２０ ０ ７年 １ ３卷 第 １ ０期 （ Ｓ进行地形 图纸 的数字化，建立不 同 ＧＩ） 时 相 河 口滩 涂 地 形 数 字 高 程 模 型 （ Ｅ ，定量地提取滩涂 地形的特征参 Ｄ Ｍ） 数和分析滩涂地形冲淤演变规律 ．图 ７ 表 １ ８ 参 关键词 ：滩涂 ；水下地形 ；地理信息系 统 ；数字高程模 型
１ （） ４ ７ Ｍｇ ｈ ａｌ和腐殖酸对高浊度 Ｃ Ｃ 、Ｃ ｃ ２ 体 系细颗粒泥沙絮凝的影响＝Ｅ ｅｔ ｏ ｆ ｃ ｆ ｓ
Ａ１ ３ Ｍ ｇ ２ Ｃａ ｌ ａ ｄ ｈ ｍｕ ｎ ｔ ｅ Ｃ１、 ＣＩ、 ｃ２ｎ ｕ ｓ ｏ ｈ ｆｏ ｃ ｌｔ ｎ ｏ ｉ ｅｓ ｉ ｅ ｔ ｎ ｔ ｅｈ ｇ — ｌ ｃ ｕ ａｉ ｆｆ ｅ ｍ ｎ ｓｉ ｉ ｈ ｏ ｎ ｄ ｈ
分析了开发较早的美 国科罗拉多河的水 沙变化 趋势 ，依据 资料 为 １２ － １８ ９６ ９４ 年干支 流 ３ 个代 表测站 的年水 沙量 资 料 ，主 要讨论了水利工程建设对水沙变 化 的作用 ．结果显示水库修建给科罗拉 多河 的 水沙 变化 带来 了十 分显 著 的影 响，水 库修建往往导致下游测站沙量的 急剧减小，并通过干支流一系列水库的 共 同作用，可 以造成河流来沙量趋势性 减 少的效果 ．图 ６参 １ ３ 关 键词：科罗拉多河 ；水利工程；水沙
变 化 ： 减水 减 沙
０ １１ ０ ７０９１ ５ ０・４ ７ ５
流 域 泥 沙 过 程 机 理 分 析 ＝ Ｍｅｈ ｉ ｃａ ｓ ｎ ｍ
ｎ ｌ ｓｓ ｏ ｔｒ ｈ ｄ ｓ ｄｍ ｎ ｒ ｃ ｓ ｅ ａ ａｙ ｉ ｆ ｗａ ｅ ｓ ｅ ｅ ｉ ｅ ｔｐ ｏ ｅ ｓ ｓ
美国科罗拉多河水沙变化分析
２０ ００年 平均年 来水量 为 ４７ ×１ 来 水 量 变 化 不大 ， ３ １ ０ｍ ， 而平 均 年 来 沙量 为 ４２ ．８×１ ． ０ｔ 较 １５－ １８ ９０ ９７年减 少 １．％ ． ８５ 汉江 是 长 江 中下 游 的 最大 支 流 ， 位于 汉 江 中游 的皇 庄 站 ， 虽 然来 水量没 有 趋 势 性 的 变 化 ， 来 沙 量 却 急 剧 减 少 ，９ １ ９５年 平 均 年 输 沙 量 为 但 １５ —１６
１３ １ ，９ ６ １８ ． ３× ０ｔ１６ － ９ ４年减少 为 ０ ３ ．３×１ ，９ ５ ２ ０ 进 一 步减 少 为 ０ ０ ６×１ ， ０ ｔ１ ８ － ０ ０年 ．９ ０ｔ
较 １５ — １６ ９ １ ９ ５年 减少 ９ ％ ． ３
对 于黄 河和长 江 的水沙 变 化 趋 势 已有 很 多研 究 ， 的来 讲 对 黄 河 的 水 沙减 少 趋 总 势较 为一致 ， 但对 于长 江的来 沙减少 趋 势却看 法不 同 ， 方面大 面积 水土 保持 的效果 难 以 一 确定 ， 另一 方面对 于支 流水库 的减 沙作用 能否 持续也 存 在疑虑 ． 考虑 到随 着工农 业 生产 的
摘要： 分析 了开发较 早 的 美 国科 罗拉 多河 的水 沙 变 化趋 势 ， 据 资 料 为 １２ — 依 ９６
１８ ９ ４年 干支流 ３个代 表 测站 的年 水 沙量 资料 ， 主要 讨论 了水 利 工程建 设 对水 沙 变化 的作用 ． 结果 显 示水库修 建 给科罗拉 多河 的水 沙 变化 带 来 了十 分 显著 的影
响， 水库修 建往往 导致 下游测 站 沙量 的急剧减 小 ， 并通过 干 支流 一 系列 水库 的共
同作 用 ， 以造 成河 流来沙 量趋 势性减 少 的效果． 可
水库泥沙淤积管理研究进展
开 展水库 泥 沙淤 积管 理研 究 ，就 是采 用 先 进 的管 理理念 ， 综 合运 用 工程 和非 工 程措施 ， 实 现 如下 目标 ： （ １ ） 保持水库库容 。 实 现 水 库 功 能 的可持 续 利 用 ； （ ２ ） 减轻大坝荷载 ， 改 善 大 坝 安 全 状况 ； （ ３ ） 降低 库 尾 高 程 ， 提 高 防洪 效 益 ； （ ４ ） 疏 浚库 尾 河 段 航道 ， 提 高航 运 效 益 ； （ ５ ） 减 轻 库 区淹 没 ， 缓 解 移 民 问题 ； （ ６ ） 减 少 有 机 物 在 泥 沙 上 的吸 附 ， 改善 库 区水质 。 对 于水库 泥沙 淤积 管 理 ，管理 理 念是 思 想 基石 。 泥 沙淤积 研究 提 供技 术 理论 支 持 ， 防治 措 施 是 具体 工程 手段 ，管 理评 价 通过 对 工程 措施 进行 评价 ， 寻求 合 理防治 方 案 。 开展 泥沙 淤积研 究、 提 出新 的 防治措 施 和开 发 管理 评价 模 型 ， 都 应 在 管理 理念 指导 下进 行 ，从 而保 证 各环 节 的 逻辑 一致 性 ；各环 节 的执 行结 果作 为 管理 理 念 的反馈 ， 可 促进 管理 理念 的改 进 和更新 。
水库 泥沙淤积 管理研究进展
谢金 明 吴 保 生 刘 孝 盈
（ 清 华 大学）
水 库 具 有 防洪 、 发电 、 灌溉 、 供 水 等 多 种 功 能。 泥沙 淤 积 造成 库 容 损 失 ． 使 水 库 的 功能 、 安 全 和综 合效 益受 到影 响 。 此外 ， 被淤 满 的水库 可 能 面临 拆坝 问题 ， 造成 较 大 的经 济损 失 。 对水 库 泥沙进 行 管理 ，保 持 和恢 复 已建 水 库 的功 能 ， 成 为解 决水 资 源短 缺 、 洪涝 灾 害严 重 问题 的重要 手段 ，也 是 当前 人们 关 注 的热点 问
美国科罗拉多河流域水资源开发与利用研究
美国科罗拉多河流域水资源开发与利用研究科罗拉多河是美国西部最重要的河流之一，流经科罗拉多州、犹他州、亚利桑那州以及其他州，被誉为“美国的生命线”。
这条河流不仅给数百万人提供生活用水，还支持着农业、工业和能源生产等多个经济部门。
然而，随着人口增长和气候变化等因素的影响，科罗拉多河流域的水资源面临着日益紧张的局势，因此对此进行深入的研究是十分必要的。
首先，科罗拉多河流域的水资源开发与利用面临的最大挑战之一是干旱。
科罗拉多州以及周边地区的干旱问题长期存在，并对水资源的供应和分配带来了极大的压力。
据统计，科罗拉多河流域地区每年平均只有不到15英寸的降水量，远低于全美平均水平。
因此，科罗拉多河流域的居民和农田主要依靠河水和地下水来满足他们的生活和农业用水需求。
其次，大规模水坝建设和水库管理也是科罗拉多河流域水资源开发与利用的重点。
科罗拉多河流域的水坝和水库被用于调节河流流量，提供优质的灌溉水，以及发电等目的。
其中，科罗拉多河上最知名的水坝是胡佛大坝，这是世界上最大的重力混凝土坝。
胡佛大坝不仅为该地区提供了丰富的水资源，还成为了一个重要的旅游景点，吸引了大量的游客。
尽管已经有了大规模的水坝和水库，但科罗拉多河流域的水资源依然十分有限。
因此，科学合理的水资源管理和节约措施是至关重要的。
一方面，需要改善现有水资源的利用效率，减少水的浪费。
例如，采用节水型灌溉技术和设备，合理安排农业灌溉的时间和量。
另一方面，通过水资源的再利用和回收，可以有效增加可用水量。
科罗拉多河流域的某些城市和农田已经开始采用回用废水来供应非饮用水的需求。
此外，生态环境保护和河流生态系统的恢复也应该成为科罗拉多河流域水资源开发与利用的关注点。
科罗拉多河是一个重要的生态系统，支持着众多物种的繁衍生息。
然而，过度的水资源开发和使用对河流生态系统造成了巨大的压力。
为了保护河流的生态功能，需要制定并执行相应的环境保护政策，限制盲目的水资源开发，并进行河道的生态修复工作。
美国科罗拉多河高速水流实验对下游水生生态系统的影响及启示
为 了改 善 河流的 生 态环 境 ，我
国也 对闸 坝调 度开 展 了一 些探 索和
实 践 。例如 ，珠 江 流域 为 了减 轻咸
潮 的影 响 ，实 施上 游水 库 跨省 淡水
大 、泥 沙 多而 著名 。坐 落在 该 河流
上 的格 伦 峡 谷 大 坝 （ ｌｎ Ｇ ｅ Ｃａ ｙ ｎ ｎ ｏ Ｄ ｍ） １ ６ ａ 于 ９ ３年建 成 ，是一 个 多功
机 约 １ ０万 Ｋ ，年 均发 电约 ５ ３ Ｗ ０亿
ｋ ・ （ Ｗ ｈ 林初学 ，２０ ） 。 ０５
建 设格 伦峡 谷 大坝的 目的 是为 了调 节科 罗拉 多 河水 量 ，使得 水量 按 照城 市 电力 供应 所需 要 的平 缓波
生 态调度 ， 通过 营造 适宜温 度的 “ 人
造 洪峰 ”，有效 促进 了 “ 四大家 鱼 ”
改 变 ，弓 背 鲑 ｚ ｃｐ２ 拿 ｙｄ ａ等 濒 危
物 种数量 急剧减 少等 。 １ ８ －１ ８ ９ ３ ９ ６年 ，格 伦 峡 谷 流域
连 续 ４ａ 生 大 洪水 ，洪水 持 续 时 发 间达 １ 个月 之久 ，导 致 河流 下 游的 大量 沙洲和 耕地 被冲 毁 ；而 在 １８ ０ ９
等 问题 ，进行 了 ３ 次调 水调 沙 实验
和 ７次 生 产实 践 ，证实 调水 调 沙是
变 。美 国 内务 部决 定开 展 短时 高速 水 流实 验 来模 拟建 坝前 科 罗拉 多河 夏 季洪 水 ，以寻求 减缓 大 坝对 下游 生 境影 响的方 法 。 截至 到 ２ １ 年 ， ０１
河岸 植 物群 落 的组成 和 分布 也发 生
施之一 （ 李国英等，２ １ ）。 ０１
本 文拟通 过 分析高 速 水流 实验 的 实施 过 程和 结果 ，总 结 科罗 拉 多 河 格伦 峡 谷大 坝调 度 的成 功经 验 ， 探 讨该 实验 对 我 国河 流闸 坝调 度与 河 流保护 的启示 。
三峡库区汛期洪峰和沙峰异步运动特性的三维数值模拟
第３２卷第３期２０２１年５月㊀㊀水科学进展ＡＤＶＡＮＣＥＳＩＮＷＡＴＥＲＳＣＩＥＮＣＥＶｏｌ.３２ꎬＮｏ.３Ｍａｙ２０２１ＤＯＩ:１０ １４０４２/ｊ ｃｎｋｉ ３２ １３０９ ２０２１ ０３ ００９三峡库区汛期洪峰和沙峰异步运动特性的三维数值模拟张帮稳ꎬ吴保生ꎬ章若茵(清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室ꎬ北京㊀１０００８４)摘要:三峡水库蓄水后水深的增加导致洪水传播过程中沙峰滞后于洪峰的时间增加ꎬ利用洪峰和沙峰异步运动特性进行沙峰排沙调度是减缓水库淤积的重要手段之一ꎮ采用三维数值模型ＳＣＨＩＳＭ(Ｓｅｍｉ￣ｉｍｐｌｉｃｉｔＣｒｏｓｓ￣ｓｃａｌｅＨｙｄｒｏ￣ｓｃｉｅｎｃｅＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＳｙｓｔｅｍＭｏｄｅｌ)研究三峡库区洪峰和沙峰的异步运动规律ꎬ基于２０１３年的汛期水沙传播过程验证模型的可靠性和准确性ꎬ初步分析不同洪水位下洪峰和沙峰的异步运动特性ꎮ结果表明:数值模型能够准确地模拟三峡水库汛期洪峰和沙峰长距离的传播过程ꎻ坝前蓄水位对洪峰传播时间的影响不大ꎬ但是对沙峰传播时间的影响较为显著ꎻ坝前水位增加使水流的流速减小和挟沙能力降低ꎬ沙峰传播速度减慢且峰值沿程不断降低ꎬ最终导致库区中沙峰滞后于洪峰出现的时间沿程越来越长ꎮ研究结果可为进一步优化三峡水库的沙峰排沙调度等提供科学依据ꎮ关键词:沙峰ꎻ洪峰ꎻ滞后时间ꎻ含沙量ꎻ三峡水库中图分类号:ＴＶ１４５㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００１￣６７９１(２０２１)０３￣０４０８￣１０收稿日期:２０２０￣０４￣２０ꎻ网络出版日期:２０２０￣１２￣０３网络出版地址:ｈｔｔｐｓ:ʊｋｎｓ.ｃｎｋｉ.ｎｅｔ/ｋｃｍｓ/ｄｅｔａｉｌ/３２.１３０９.Ｐ.２０２０１２０３.１４５４.００２.ｈｔｍｌ基金项目:国家重点研发计划资助项目(２０１７ＹＦＣ０４０５２０２)ꎻ国家自然科学基金资助项目(５１６３９００５)作者简介:张帮稳(１９８７ )ꎬ男ꎬ山东菏泽人ꎬ助理研究员ꎬ博士后ꎬ主要从事河流动力学方面研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｚｈａｎｇｂａｎｇｗｅｎ＠ｍａｉｌ.ｔｓｉｎｇｈｕａ.ｅｄｕ.ｃｎ通信作者:吴保生ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｂａｏｓｈｅｎｇ＠ｔｓｉｎｇｈｕａ.ｅｄｕ.ｃｎ三峡水库泥沙淤积问题不仅关系到水库的使用寿命和功能发挥ꎬ而且对水库及下游的生态环境具有重要的影响[１]ꎮ近年来长江上游梯级水库的建设导致三峡入库径流量和泥沙量发生变化ꎬ严重影响了三峡水库综合效益的发挥ꎬ为此ꎬ三峡水库在 蓄清排浑 运用方式的基础上ꎬ开展了中小洪水调度和汛末提前蓄水调度ꎬ目的是提高发电和航运效益ꎬ减轻坝下游的防洪压力[２]ꎮ但汛期中小洪水调度和汛末提前蓄水会抬高库区平均水位ꎬ降低库区流速ꎬ加重库区泥沙淤积ꎮ为缓解中小洪水调度及汛末提前蓄水调度带来的泥沙淤积影响ꎬ三峡水库于２０１２年和２０１３年汛期利用洪峰和沙峰的异步运动特性开展了沙峰调度试验ꎬ取得了较好的排沙效果[３￣４]ꎮ研究者基于实测资料对三峡库区洪峰和沙峰的运动特性进行了分析ꎬ发现三峡水库蓄水后ꎬ库水位抬高ꎬ库区水流流速减慢ꎬ沙峰输移时间较蓄水前大幅增加ꎬ沙峰多滞后于洪峰ꎬ且沙峰滞后于洪峰的时间沿程逐渐增加ꎬ有利于进行水库的沙峰调度[５￣７]ꎮ但目前关于洪峰和沙峰异步运动特性多以实测资料进行分析ꎬ基于试验研究及数值模拟开展相对较少ꎬ对洪峰和沙峰异步运动特性缺乏较为深入的认识ꎮ利用数值模拟方法对不同情况下洪峰和沙峰运动特性进行系统分析ꎬ可为应对未来愈加复杂的水沙变化和地形变化情势下水库的沙峰排沙调度提供参考ꎮ水沙数学模型在研究水沙输移㊁泥沙淤积及河床演变规律中有着重要的作用ꎮ基于断面平均或垂向平均的一维和二维数值模型[８￣９]能够对工程水沙问题进行一定程度的研究ꎬ但是泥沙淤积㊁冲刷和输移是一个非常复杂的水动力现象ꎬ特别是在复杂的自然地形ꎬ例如河漫滩㊁弯曲河段和沙波地形等产生二次流和流体分离等三维水动力特性ꎬ严重影响了数值模拟结果的准确性ꎮ随着计算机科学技术和高性能计算机的发展ꎬ三维模型[１０￣１１]逐渐应用到工程实际当中ꎬ目前大多数采用三维数值模拟方法针对局部河段或库区的泥沙输运和淤积进行研究ꎬ但对洪水传播过程中洪峰和沙峰异步运动特性研究较少ꎮ主㊀第３期张帮稳ꎬ等:三峡库区汛期洪峰和沙峰异步运动特性的三维数值模拟４０９㊀要原因是洪峰和沙峰的运动特性与研究河流或水库的尺度(时间尺度和空间尺度)有关ꎬ较短的距离和较短的时间难以显示出洪峰和沙峰运动规律ꎮ三峡库区地形较为复杂ꎬ总长超６６０ｋｍꎬ对此进行长距离洪水演进的三维数值模拟具有较大的难度ꎮ掌握洪峰与沙峰异步运动特性㊁开展入库泥沙实时监测与预报ꎬ是进行沙峰排沙调度的基础ꎮ为进一步提高沙峰预报精度ꎬ掌握更精准的沙峰调度时机㊁制订更科学合理的沙峰排沙调度方案ꎬ本文采用三维水沙数值模型ＳＣＨＩＳＭ(Ｓｅｍｉ￣ｉｍｐｌｉｃｉｔＣｒｏｓｓ￣ｓｃａｌｅＨｙｄｒｏｓｃｉｅｎｃｅＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＳｙｓｔｅｍＭｏｄｅｌ)对三峡库区汛期洪水传播过程中洪峰和沙峰运动进行模拟ꎬ初步分析三峡水库不同蓄水位下洪峰和沙峰在万县 三峡大坝库区的异步运动特性ꎬ可为三峡水库的沙峰调度提供参考依据ꎮ１㊀数值模拟方法１.１㊀水流的基本方程ＳＣＨＩＳＭ水动力学模型[１２￣１３]的控制方程采用基于Ｒｅｙｎｏｌｄｓ时均Ｎ￣Ｓ方程ꎬ满足静压假定和Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ涡黏性假定ꎮ在笛卡尔坐标系下ꎬ对于不可压缩流体Ｎ￣Ｓ方程的连续性方程为∂ｕ∂ｘ＋∂ｖ∂ｙ＋∂ｗ∂ｚ＝０(１)动量守恒方程:ｄｕｄｔ＝ｆｕ－ｇ∂η∂ｘ－１ρ０∂ｐａ∂ｘ－ｇρ０ʏηｚｂ∂ρ∂ｘｄｚ＋∂∂ｚｋｍｖ∂ｕ∂ｚ()＋ｋｍｈ∂２ｕ∂ｘ２＋∂２ｕ∂ｙ２()(２)ｄｖｄｔ＝ｆｖ－ｇ∂η∂ｙ－１ρ０∂ｐａ∂ｙ－ｇρ０ʏηｚｂ∂ρ∂ｙｄｚ＋∂∂ｚｋｍｖ∂ｖ∂ｚ()＋ｋｍｈ∂２ｖ∂ｘ２＋∂２ｖ∂ｙ２()(３)式中:ｘ和ｙ分别表示笛卡尔水平坐标ꎬｚ为垂向坐标ꎬ向上为正ꎻｕꎬｖꎬｗ分别表示３个方向的流速ꎻｔ为时间ꎻｆ为柯氏力系数ꎻη为自由水面ꎻｚｂ为河床底高程ꎻρ０和ρ分别表示参考密度和混合流体的密度ꎻｇ为重力加速度ꎻＫｍｈ和Ｋｍｖ分别为水平与垂直涡黏性系数ꎬ其中垂向涡黏性系数根据紊流模型进行封闭ꎬ水平涡黏性系数采用常数化处理ꎻｐａ为自由水面大气压强ꎮ自由水面采用水位函数法处理ꎬ对连续方程(１)沿水深方向积分ꎬ可得自由水面方程∂η∂ｔ＋∂∂ｘʏηｚｂｕｄｚ＋∂∂ｙʏηｚｂｖｄｚ＝０(４)模型在河床底部的动力学边界条件由底床摩擦剪应力和底层水体的雷诺应力平衡给出Ｋｍｖ∂ｕ∂ｚꎬ∂ｖ∂ｚ()＝τｂｘꎬτｂｙ()㊀㊀ｚ＝ｚｂ(５)式中:ｔｂｘ和ｔｂｙ分别为床面的ｘ㊁ｙ方向摩擦剪应力ꎮ对于垂向紊动涡黏性系数Ｋｍｖꎬ利用紊流闭合模型ＧＬＳ(ＧｅｎｅｒｉｃＬｅｎｇｔｈＳｃａｌｅ)[１４]进行求解ꎬ包括紊动能ｋ方程和通用紊动长度ψ方程ꎮＧＬＳ紊流模型的控制方程为:ｄｋｄｔ＝∂∂ｚ(υψｋ)＋ＫｍｖＭ２＋μＮ２－ε(６)ｄψｄｔ＝∂∂ｚυψ∂ψ∂ｚ()＋ψｋ(ｃψ１υＭ２＋ｃψ３μＮ２－ｃψ２Ｆｗε)(７)υψｋ＝Ｋｍｖσｋ㊀㊀υψ＝Ｋｍｖσψ(８)Ｍ２＝∂ｕ∂ｚ()２＋∂ｖ∂ｚ()２㊀㊀㊀Ｎ２＝ｇρ０∂ρ∂ｚ(９)式中:ｋ为紊动能ꎻψ为通用紊动长度参数ꎻμ为盐度㊁温度等物质的垂向扩散系数ꎻυｋ和υｙ分别表示紊动４１０㊀水科学进展第３２卷㊀能和通用紊动长度的垂向扩散系数ꎻε为紊动耗散项ꎻＦｗ为壁函数ꎬ在ｋ￣ε模式中为１ꎻσｋ㊁σψ㊁ｃψ１㊁ｃψ２和ｃψ３为模型系数ꎻＭ２和Ｎ２分别表示由于剪切变形和密度分层而引起的紊动能产生项ꎬ通用紊动长度ψ和紊动耗散项ε作为紊流模型中的关键参量ꎬ其表达式如下:ψ＝(ｃμ)ｍｋｎｌｐꎬε＝(ｃμ)ｍｋｎｌｐ(１０)式中:ｌ为紊动掺混长度ꎻｃμ为常数０.３ꎮ在ＧＬＳ模型ｋ￣ε模式双方程紊流模式的参数取值见表１ꎮ表１㊀ＧＬＳ模型ｋ￣ε模式双方程紊流参数值Ｔａｂｌｅ１Ｐａｒａｍｅｔｅｒｖａｌｕｅｓｏｆｔｈｅｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｉｎｋ￣εｅｑｕａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＧＬＳｍｏｄｅｌ参数ｍｎｐσｋσψｃψ１ｃψ２ｃψ３数值３１.５－１１１.３１.４４１.９２１１.２㊀悬移质泥沙输移基本方程在悬移质泥沙动力学中ꎬ对流扩散理论将泥沙视为单一的连续介质ꎬ并假设悬移质泥沙运动与水流运动在垂直方向上存在速度差ꎬ且等于泥沙颗粒的沉降速度ꎮ基于对流￣扩散理论的三维悬移质泥沙输运方程表达式为∂Ｃｉ∂ｔ＋ｕ∂Ｃｉ∂ｘ＋ｖ∂Ｃｉ∂ｙ＋(ｗ＋ωｓꎬｉ)∂Ｃｉ∂ｚ＝∂∂ｚＫｓｖ∂Ｃｉ∂ｚæèçöø÷＋Ｋｓｈ∂２Ｃｉ∂ｘ２＋∂２Ｃｉ∂ｙ２æèçöø÷－Ｄｑ＋Ｅｑ(１１)式中:Ｃｉ为ｉ组含沙量ꎻｗｓꎬｉ为ｉ组泥沙颗粒的沉降速度ꎻＫｓｖ为泥沙垂向扩散系数ꎬ通常假定与水流紊动黏性系数呈倍数关系ꎬ可通过紊流模型求解或采用经验关系估计ꎬＫｓｖ＝Ｋｍｖ/σｓꎬσｓ为Ｓｃｈｍｉｄｔ数ꎬ通常取值在０.６~１.２之间ꎻＫｓｈ为泥沙水平扩散系数ꎬ考虑到水平扩散的量级远小于垂向扩散ꎬ通常忽略不计ꎻＤｑ为泥沙的沉积通量ꎻＥｑ为泥沙的冲刷通量ꎮ三峡水库中细颗粒泥沙存在絮凝现象ꎬ在泥沙运动力学中ꎬ采用絮凝因数Ｆ反映絮凝对泥沙颗粒的沉速的影响[１５]ꎬ其表达式为Ｆ＝ωｓꎬｉ/ω０(１２)式中:ω０为泥沙颗粒静水中的沉速ꎮ广泛采用的絮凝因数Ｆ＝αｄβꎬ其中ꎬα取值为０.０１３[１６]或０.００５５[１７]ꎬβ取值为－１.９[１５]或－１.０２[１６]ꎮ张地继等[１６]采用α＝０.００５５ꎬβ＝－１.０２研究了万县 庙河库区沙峰的衰减规律ꎬ本研究中采用相同的絮凝因数系数ꎮ１.３㊀河床冲刷演变基本方程根据泥沙质量守恒方程ꎬ悬移质泥沙输移过程中可将床面边界条件视为床面附近泥沙通量的处理ꎬ包括床面泥沙的沉积通量Ｄｂ和冲刷通量Ｅｂꎬ其表达式分别为:Ｄｂ＝ωｓꎬｉｃ１ꎬｉ(１３)Ｅｂ＝Ｅ０ꎬｉ(１－ｑｉ)(τｆ/τｃｒꎬｉ－１)㊀㊀τｆ>τｃｒꎬｉ(１４)式中:ｃ１ꎬｉ为数值模拟中最底部一层网格的ｉ组泥沙浓度ꎻＥ０ꎬｉ为经验冲刷率系数ꎬ取决于局部床面泥沙颗粒条件ꎬ取值大小范围为１０－４~１０－２ｋｇ/(ｍ２ ｓ－１)ꎻｑｉ为床面层ｉ组泥沙体积分数ꎻτｃｒꎬｉ为ｉ组泥沙颗粒临界起动剪切应力ꎻτｆ为水流底部的剪切应力ꎮ河床泥沙的冲淤和悬移质泥沙的净输移导致河床表面的地形变化ꎬ其公式为Δｈ＝(Ｄｑ－Ｅｑ)Δｔρｓ(１－ｐ)(１５)式中:Δｈ为床面高程变化量ꎻρｓ为泥沙颗粒的密度ꎮ２㊀数值模型的建立及验证为了研究三峡库区汛期洪水传播过程中洪峰和沙峰异步运动特性ꎬ本文选择万县站 三峡大坝的库区段㊀第３期张帮稳ꎬ等:三峡库区汛期洪峰和沙峰异步运动特性的三维数值模拟４１１㊀作为研究对象(图１)ꎮ若把寸滩或清溪场作为入口边界条件ꎬ则河段过长ꎬ计算耗时过大ꎬ计算效率极低ꎮ万县至大坝长２８０ｋｍꎬ不仅长度适中ꎬ并且也是目前少有的长距离㊁大范围实际水库的三维数值模拟ꎬ难度较高ꎻ另一方面原因ꎬ万县 三峡大坝库区之间仅有靠近大坝庙河站可以测量流量和含沙量ꎬ长度不足以模拟洪峰和沙峰的传播特性ꎬ因此只有万县站满足本文的研究要求ꎬ可作为入口条件ꎮ模拟中采用的资料分别来源于万县站㊁奉节站㊁巫山站㊁庙河站和茅坪站ꎬ如图１(ａ)所示ꎬ其中水文站有万县站和庙河站ꎬ具有日平均水位㊁流量和含沙量信息ꎬ水位站有奉节站㊁巫山站和茅坪站ꎮ图１㊀研究河段的地形高程㊁水文站和网格设置Ｆｉｇ.１Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃｅｌｅｖａｔｉｏｎꎬｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｓｔａｔｉｏｎａｎｄｇｒｉｄｓｅｔｔｉｎｇｏｆｔｈｅｓｔｕｄｙｒｅａｃｈ２.１㊀模型网格设置万县 三峡大坝的地形较为复杂ꎬ宽阔和狭窄的河段交替变化ꎬ水平方向上进行网格设置时主要混合使用２种网格类型ꎬ在宽阔河段混合采用四边形和三角形网格ꎬ主河道采用四边形网格ꎬ岸滩采用三角形网格ꎬ在狭窄河段采用三角形网格ꎬ网格尺度约为２０~２３ｍꎬ共得到４９５６６２个网格节点和８５６０５６个网格单元ꎮ计算初始地形条件由２０１１年实测地形插值得到ꎬ插值后的局部地形如图１(ｂ)所示ꎮ此外ꎬ为了更好地模拟河道至坝前水深变化幅度大的特点并且提高计算效率ꎬ垂向上采用分层ＬＳＣ２坐标[１７]ꎬ最大水深处可达３６层ꎬ最浅处为１６层ꎬ平均约为１９层ꎬ每层厚度约５~６ｍꎮ图１(ｃ)为局部河段横断面的垂向网格示意图ꎮ为了数值模拟的稳定性ꎬ时间步长设置３０ｓꎮ整个计算模型在清华大学高性能计算集群上采用２８０个核进行计算ꎬ模拟时间为８ｄꎮ２.２㊀模型边界条件本文以三峡库区２０１３年汛期７月１日 ８月１日作为模拟时间段ꎬ万县站的流量和含沙量过程作为模型的入口边界条件ꎬ茅坪站的水位过程作为出口边界条件(图２)ꎮ三峡库区泥沙主要以悬移质输移为主ꎬ万县站７月实测的泥沙粒径分别为０.００２ｍｍ㊁０.００４ｍｍ㊁０.００８ｍｍ㊁０.０１６ｍｍ㊁０.０３２ｍｍ和０.０６４ｍｍꎬ对应的泥沙级配分别为１０.３％㊁１２.３％㊁２０.９％㊁２６.０％㊁１８.５％和１２.０％ꎬ考虑到泥沙０.００２ｍｍ和０.００４ｍｍ的粒径很小ꎬ统一归为０.００３ｍｍ的泥沙进行计算ꎬ床沙依据大断面实测的泥沙级配进行插值设置ꎬ并且选择与悬移质同样的５组粒径泥沙ꎮ数值模拟泥沙输移过程中暂时没有考虑温度和盐度的影响ꎮ４１２㊀水科学进展第３２卷㊀图２㊀数值模型边界条件Ｆｉｇ.２Ｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｎｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌ２.３㊀数值模型验证为验证数值模型模拟洪水传播和泥沙输移过程的正确性ꎬ分别对比分析了实测与模拟的奉节站和庙河站的水位ꎬ以及庙河站的流量㊁平均流速和含沙量ꎮ图３对比了奉节站和庙河站水位的模拟值和实测值ꎬ可以看出数值模拟的结果和实测值吻合较好ꎬ能够较好地反映洪水传播过程中水位的变化ꎮ图４对比了庙河站断面平均的流量㊁流速和含沙量的模拟值和实测值ꎬ可以看出洪水流量模拟值的变化和实测值的变化过程基本一致ꎬ局部的差别可能是由于万县 三峡大坝图３㊀水位模拟值和实测值的对比结果Ｆｉｇ.３Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｂｅｔｗｅｅｎｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄｍｅａｓｕｒｅｄｒｅｓｕｌｔｓ图４㊀庙河站平均流量㊁流速和平均含沙量的模拟值和实测值对比Ｆｉｇ.４ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆａｖｅｒａｇｅｆｌｏｗｄｉｓｃｈａｒｇｅꎬｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄｍｅａｓｕｒｅｄｒｅｓｕｌｔｓａｔＭｉａｏｈｅｓｔａｔｉｏｎ㊀第３期张帮稳ꎬ等:三峡库区汛期洪峰和沙峰异步运动特性的三维数值模拟４１３㊀之间支流入汇和复杂的局部地形糙率的影响ꎬ经过分析２０１３年７月支流平均流量的总和占万县站流量的１％ꎬ本文中暂时没有考虑支流径流对主河道洪水传播的影响ꎮ平均含沙量的模拟值与庙河站实测时刻的含沙量点较为接近ꎬ和２０１３年水文年鉴中日均含沙量有局部的差别ꎮ这是因为水文年鉴中日均含沙量是基于实测某一时刻的含沙量回归插值得到的[１８]ꎬ本身存在一定的误差ꎬ也可能是限于万县 三峡大坝之间实测资料的限制ꎬ模拟区域局部的冲淤不能很好地反映出来ꎮ图５给出了庙河站断面流速和含沙量分布的瞬时模拟结果ꎮ从图中可以看出流速和含沙量分布与断面的几何形态有关ꎬ断面含沙量的分布不均匀ꎬ呈现出分层的现象ꎮ图６给出了庙河站垂向流速和含沙量的测量值和模拟值的对比结果ꎬ测点的位置见图５ꎬ测点之间间隔１２０ｍꎮ从图中可以看出垂向流速的数值模拟结果和测量值吻合较好ꎬ垂向含沙量的模拟结果和测量值存在一定的误差ꎬ数值模拟断面两侧的测点底部含沙量偏小ꎬ可能与数值模型没有考虑推移质的泥沙运动和断面几何形态有关ꎮ三维水沙数值模型能够进行断面垂向流速和含沙量的分析ꎬ相对于一维和二维数值模拟的精度更高ꎮ图５㊀庙河站断面流速和含沙量模拟结果的瞬时分布Ｆｉｇ.５ＩｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｉｍｕｌａｔｅｄｆｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｔＭｉａｏｈｅｓｔａｔｉｏｎ图６㊀庙河站断面垂向流速和含沙量模拟值和实测值的对比结果Ｆｉｇ.６ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｖｅｒｔｉｃａｌｆｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄｍｅａｓｕｒｅｄｒｅｓｕｌｔｓａｔＭｉａｏｈｅｓｔａｔｉｏｎ３ 三峡库区坝前不同蓄水位下洪峰和沙峰异步运动特性三峡工程于２００３年６月进入围堰蓄水期ꎬ坝前水位汛期按１３５ｍ㊁枯季１３９ｍ运行ꎻ２００６年汛后初期蓄水后ꎬ坝前水位按汛期１４４ｍ㊁枯季１５６ｍ运行ꎻ自２００８年汛末三峡水库进行１７５ｍ试验性蓄水以来ꎬ工４１４㊀水科学进展第３２卷㊀程进入１７５ｍ试验性蓄水期ꎮ为了更好地分析三峡水库蓄水以来汛期不同蓄水位下洪峰和沙峰异步运动特性的规律ꎬ本文设置３个研究方案ꎮ方案２为２０１３年７月实测洪水期间坝前水位ꎻ方案１和方案３分别为２０１３年７月实测洪水期间坝前水位减去和加上１０ｍꎮ图７给出了３种研究方案的坝前水位变化ꎮ基于数值模拟的结果分别提取万县 三峡大坝之间重要水文站的流量和含沙量随时间的变化ꎬ用以分析洪峰和沙峰沿程的异步运动特性ꎮ图７㊀不同方案的坝前水位变化Ｆｉｇ.７Ｔｅｍｐｏｒａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｉｎｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｉｎｆｒｏｎｔｏｆｔｈｅｄａｍｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃｈｅｍｅｓ图８给出了整个研究区域三维流场瞬时的模拟结果ꎬ从图中可以看出上游库区的水流流速较大ꎬ坝前段水流流速较小ꎬ主要由于坝前段水深较大ꎮ图８㊀研究区域三维流场瞬时的模拟结果Ｆｉｇ.８Ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｉｍｕｌａｔｅｄｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙｚｏｎｅ图９分别给出了不同方案下重要水文站的流量和含沙量随时间变化的模拟结果对比ꎮ从沿程各水文站流量的模拟结果可以看出ꎬ蓄水位的变化对洪峰传播时间的影响较小ꎻ从含沙量模拟结果可以看出ꎬ蓄水位的变化对沙峰传播时间和大小的影响较大ꎬ随着蓄水位增加ꎬ沙峰滞后洪峰的时间逐渐增加ꎬ其实质是洪水在河道型水库向下游传播过程中ꎬ随着水深的增加ꎬ流速降低导致沙峰传播越来越慢ꎬ沙峰滞后洪峰的时间也越来越大ꎻ同时由于水流流速减小ꎬ水流的挟沙能力降低ꎬ泥沙沿程不断地落淤导致造成沙峰坦化ꎬ沙峰的峰值逐渐减小ꎮ从奉节站㊁巫山站和巴东站的含沙量随时间变化的曲线形态可以看出在巫山站 巴东站库区间存在局部的泥沙冲刷ꎮ为了定量地反映坝前蓄水位的变化对三峡库区洪峰和沙峰异步运动特性的影响ꎬ表２分别给出了不同方案下沿程各水文站的洪峰和沙峰到达时间及沙峰滞后洪峰的时间ꎬ表明坝前蓄水位的变化对洪峰传播时间的影响较小ꎬ对沙峰传播时间的影响较大ꎻ并且沿程各水文站沙峰滞后于洪峰的时间随着坝前蓄水位增加越来越大ꎬ即沙峰滞后洪峰的时间随着水流流速的降低越来越大ꎮ方案２和方案３相对于方案１坝前沙峰滞后于洪峰的时间分别增加了６.４％和１６％ꎮ㊀第３期张帮稳ꎬ等:三峡库区汛期洪峰和沙峰异步运动特性的三维数值模拟４１５㊀图９㊀３种不同方案下沿程各水文站流量和含沙量的模拟结果对比Ｆｉｇ.９Ｔｅｍｐｏｒａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｆｌｏｗｄｉｓｃｈａｒｇｅａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｔｅａｃｈｈｙｄｒｏｇｒａｐｈｉｃｓｔａｔｉｏｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃｈｅｍｅｓ表２㊀不同方案下沿程各水文站洪峰和沙峰到达时间及滞后时间Ｔａｂｌｅ２Ａｒｒｉｖａｌｔｉｍｅａｎｄｌａｇｔｉｍｅｏｆｆｌｏｏｄｐｅａｋａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｐｅａｋｒｅａｃｈｉｎｇａｔｅａｃｈｈｙｄｒｏｇｒａｐｈｉｃｓｔａｔｉｏｎｕｎｄｅｒｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃｈｅｍｅｓ位置方案１方案２方案３洪峰时间沙峰时间滞后时间洪峰时间沙峰时间滞后时间洪峰时间沙峰时间滞后时间奉节１３日０５:００１７日２１:００㊀４ｄ１６ｈ１３日０３:００１８日０６:００５ｄ３ｈ１３日０３:００１８日１６:００５ｄ１３ｈ巫山１３日０６:００１８日１５:００㊀５ｄ９ｈ１３日０５:００１９日０４:００６ｄ０ｈ１３日０４:００１９日１７:００６ｄ１３ｈ巴东１３日０６:００１９日０９:００㊀６ｄ３ｈ１３日０５:００１９日２３:００６ｄ１８ｈ１３日０４:００２０日１３:００７ｄ９ｈ庙河１３日０６:００２０日１９:００㊀７ｄ１３ｈ１３日０５:００２１日０１:００７ｄ２０ｈ１３日０４:００２１日１９:００８ｄ１５ｈ茅坪１３日０６:００２１日０１:００㊀７ｄ１９ｈ１３日０５:００２１日１２:００８ｄ７ｈ１３日０４:００２２日０５:００９ｄ１ｈ４㊀结㊀㊀论本文采用三维水沙数值模型ＳＣＨＩＳＭ对万县 三峡大坝２８０ｋｍ的库区进行了洪水传播和泥沙输移的大尺度数值模拟ꎬ主要对比分析了不同坝前蓄水位下沿程各水文站洪峰和沙峰异步运动特性ꎬ结果表明:(１)三维数值模型ＳＣＨＩＳＭ能够较好地模拟三峡库区长距离的洪水传播和泥沙输移过程ꎬ与实测值验证结果较好ꎮ４１６㊀水科学进展第３２卷㊀(２)三峡水库坝前蓄水位的变化对洪峰传播时间的影响不明显ꎬ对沙峰传播时间的影响较为显著ꎻ坝前水位的增加导致水流流速减小ꎬ沙峰传播减慢ꎬ引起库区主要水文站沙峰滞后于洪峰的时间越来越大ꎮ(３)在万县 三峡大坝库区洪水传播过程中ꎬ随着水深的增加ꎬ水流流速减小ꎬ水流挟沙能力降低ꎬ泥沙不断的落淤导致沙峰峰值减小ꎮ致谢:本研究得到了长江水利委员会水文局许全喜教高㊁武汉大学张为副教授㊁郑珊副教授的帮助和支持ꎬ数值模型在清华大学探索１００集群上计算ꎬ特此致谢!参考文献:[１]陈进.三峡水库建成后长江中下游防洪战略思考[Ｊ].水科学进展ꎬ２０１４ꎬ２５(５):７４５￣７５１.(ＣＨＥＮＪ.ＡｎａｐｐｒｏａｃｈｏｎｆｌｏｏｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｉｎｍｉｄｄｌｅａｎｄｌｏｗｅｒｒｅａｃｈｅｓｏｆＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒａｆｔｅｒｔｈｅｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｏｆｔｈｅＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＤａｍｐｒｏｊｅｃｔ[Ｊ].Ａｄ￣ｖａｎｃｅｓｉｎＷａｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１４ꎬ２５(５):７４５￣７５１.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[２]ＺＨＥＮＧＳＲ.ＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＰｒｏｊｅｃｔｓｉｎｃｅｉｔｓｏｐｅｒａｔｉｏｎ[Ｊ].Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１６ꎬ２(４):３８９￣３９７. [３]董炳江ꎬ乔伟ꎬ许全喜.三峡水库汛期沙峰排沙调度研究与初步实践[Ｊ].人民长江ꎬ２０１４ꎬ４５(３):７￣１１.(ＤＯＮＧＢＪꎬＱＩＡＯＷꎬＸＵＱＸ.ＳｔｕｄｙｏｎｓｅｄｉｍｅｎｔｐｅａｋｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｆＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＲｅｓｅｒｖｏｉｒｉｎｆｌｏｏｄｓｅａｓｏｎａｎｄｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｐｒａｃｔｉｃｅ[Ｊ].Ｙａｎ￣ｇｔｚｅＲｉｖｅｒꎬ２０１４ꎬ４５(３):７￣１１.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[４]董炳江ꎬ陈显维ꎬ许全喜.三峡水库沙峰调度试验研究与思考[Ｊ].人民长江ꎬ２０１４ꎬ４５(１９):１￣５.(ＤＯＮＧＢＪꎬＣＨＥＮＸＷꎬＸＵＱＸ.ＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓａｎｄｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓｏｎｐｅａｋｓｅｄｉｍｅｎｔｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｆＴｈｒｅｅＧｅｏｒｇｅｓＲｅｓｅｒｖｏｉｒ[Ｊ].ＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒꎬ２０１４ꎬ４５(１９):１￣５.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[５]黄仁勇.长江上游梯级水库泥沙输移与泥沙调度研究[Ｄ].武汉:武汉大学ꎬ２０１６.(ＨＵＡＮＧＲＹ.ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｃａｓｃａｄｅｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓｉｎｔｈｅＵｐｐｅｒＣｈａｎｇｊｉａｎｇＲｉｖｅｒ[Ｄ].Ｗｕｈａｎ:ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２０１６.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[６]张地继ꎬ董炳江ꎬ杨霞ꎬ等.三峡水库库区沙峰输移特性研究[Ｊ].人民长江ꎬ２０１８ꎬ４９(２):２３￣２８ꎬ６８.(ＺＨＡＮＧＤＪꎬＤＯＮＧＢＪꎬＹＡＮＧＸꎬｅｔａｌ.ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｓｅｄｉｍｅｎｔｐｅａｋｍｏｖｅｍｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＲｅｓｅｒｖｏｉｒ[Ｊ].ＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒꎬ２０１８ꎬ４９(２):２３￣２８ꎬ６８.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[７]ＲＥＮＪＱꎬＺＨＡＯＭＤꎬＺＨＡＮＧＷꎬｅｔａｌ.ＩｍｐａｃｔｏｆｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｃａｓｃａｄｅｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓｏｎｓｕｓｐｅｎｄｅｄｓｅｄｉｍｅｎｔｐｅａｋｔｒａｎｓｐｏｒｔｖａｒｉａｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｆｌｏｏｄｅｖｅｎｔｓｉｎｔｈｅＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＲｅｓｅｒｖｏｉｒ[Ｊ].Ｃａｔｅｎａꎬ２０２０ꎬ１８８:１０４４０９.[８]张小峰ꎬ徐顺ꎬ卢新华ꎬ等.一维悬移质泥沙输移方程及其滞后和离散效应[Ｊ].泥沙研究ꎬ２０１８(４):８￣１５.(ＺＨＡＮＧＸＦꎬＸＵＳꎬＬＵＸＨꎬｅｔａｌ.Ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓａｎｄｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｉｎｏｎｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｕｓｐｅｎｄｅｄｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｑｕａｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｅｄ￣ｉｍｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２０１８(４):８￣１５.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[９]夏军强ꎬ张晓雷ꎬ邓珊珊ꎬ等.黄河下游高含沙洪水过程一维水沙耦合数学模型[Ｊ].水科学进展ꎬ２０１５ꎬ２６(５):６８６￣６９７.(ＸＩＡＪＱꎬＺＨＡＮＧＸＬꎬＤＥＮＧＳＳꎬｅｔａｌ.ＭｏｄｅｌｌｉｎｇｏｆｈｙｐｅｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄｆｌｏｏｄｓｉｎｔｈｅＬｏｗｅｒＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒｕｓｉｎｇａｃｏｕｐｌｅｄａｐｐｒｏａｃｈ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＷａｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１５ꎬ２６(５):６８６￣６９７.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[１０]ＬＵＹＪꎬＷＡＮＧＺＹ.３￣ＤｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｗａｔｅｒｆｌｏｗｓａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｄａｍａｒｅａｓｏｆｔｈｅＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＰｒｏｊｅｃｔ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２００９ꎬ１３５(９):７５５￣７６９.[１１]ＪＩＡＤＤꎬＳＨＡＯＸＪꎬＺＨＡＮＧＸＮꎬｅｔａｌ.Ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｆｉｎｅ￣ｇｒａｉｎｅｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎｔｈｅｄａｍａｒｅａｏｆｔｈｅＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＰｒｏｊｅｃｔ:３￣Ｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１３ꎬ１３９(６):６６９￣６７４.[１２]ＺＨＡＮＧＹＬꎬＢＡＰＴＩＳＴＡＡＭ.ＳＥＬＦＥ:ａｓｅｍｉ￣ｉｍｐｌｉｃｉｔＥｕｌｅｒｉａｎ￣Ｌａｇｒａｎｇｉａｎｆｉｎｉｔｅ￣ｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｆｏｒｃｒｏｓｓ￣ｓｃａｌｅｏｃｅａｎｃｉｒｃｕｌａ￣ｔｉｏｎ[Ｊ].ＯｃｅａｎＭｏｄｅｌｌｉｎｇꎬ２００８ꎬ２１(３/４):７１￣９６.[１３]ＺＨＡＮＧＹＪꎬＹＥＦꎬＳＴＡＮＥＶＥＶꎬｅｔａｌ.Ｓｅａｍｌｅｓｓｃｒｏｓｓ￣ｓｃａｌｅｍｏｄｅｌｉｎｇｗｉｔｈＳＣＨＩＳＭ[Ｊ].ＯｃｅａｎＭｏｄｅｌｌｉｎｇꎬ２０１６ꎬ１０２:６４￣８１.[１４]ＵＭＬＡＵＦＬꎬＢＵＲＣＨＡＲＤＨ.Ａｇｅｎｅｒｉｃｌｅｎｇｔｈ￣ｓｃａｌｅｅｑｕａｔｉｏｎｆｏｒｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｒｉｎｅＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２００３ꎬ６１(２):２３５￣２６５.[１５]涂启华ꎬ杨赉斐.泥沙设计手册[Ｍ].北京:中国水利水电出版社ꎬ２００６.(ＴＵＱＨꎬＹＡＮＧＬＦ.Ｓｅｄｉｍｅｎｔｄｅｓｉｇｎｍａｎｕａｌ[Ｍ].Ｂｅｉｊｉｎｇ:ＣｈｉｎａＷａｔｅｒＰｏｗｅｒＰｒｅｓｓꎬ２００６.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))㊀第３期张帮稳ꎬ等:三峡库区汛期洪峰和沙峰异步运动特性的三维数值模拟４１７㊀[１６]张地继ꎬ董炳江ꎬ杨霞ꎬ等.三峡水库库区沙峰输移特性研究[Ｊ].人民长江ꎬ２０１８ꎬ４９(２):２３￣２８.(ＺＨＡＮＧＤＪꎬＤＯＮＧＢＪꎬＹＡＮＧＸꎬｅｔａｌ.ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｓｅｄｉｍｅｎｔｐｅａｋｍｏｖｅｍｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＲｅｓｅｒｖｏｉｒ[Ｊ].ＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒꎬ２０１８ꎬ４９(２):２３￣２８.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[１７]ＺＨＡＮＧＹＪꎬＡＴＥＬＪＥＶＩＣＨＥꎬＹＵＨＣꎬｅｔａｌ.Ａｎｅｗｖｅｒｔｉｃａｌｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｆｏｒａ３￣Ｄｕｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ￣ｇｒｉｄｍｏｄｅｌ[Ｊ].ＯｃｅａｎＭｏｄｅｌｌｉｎｇꎬ２０１５ꎬ８５:１６￣３１.[１８]周波ꎬ许全喜ꎬ李雨.三峡水库入库泥沙实时监测试验研究[Ｊ].水文ꎬ２０１６ꎬ３６(４):５３￣５７.(ＺＨＯＵＢꎬＸＵＱＸꎬＬＩＹ.Ｏｎｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔｒｅａｌ￣ｔｉｍｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｉｎＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＲｅｓｅｒｖｏｉｒ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＨｙｄｒｏｌｏｇｙꎬ２０１６ꎬ３６(４):５３￣５７.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))Ｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｎｕｍｅｒｉｃａｌｏｆｔｈｅａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｖｅｍｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｆｌｏｏｄａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｐｅａｋｓｉｎｔｈｅＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＲｅｓｅｒｖｏｉｒ∗ＺＨＡＮＧＢａｎｇｗｅｎꎬＷＵＢａｏｓｈｅｎｇꎬＺＨＡＮＧＲｕｏｙｉｎ(ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＨｙｄｒｏｓｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００８４ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＡｆｔｅｒｔｈｅｉｍｐｏｕｎｄｍｅｎｔｏｆｔｈｅＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＲｅｓｅｒｖｏｉｒꎬｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｗａｔｅｒｄｅｐｔｈｃａｕｓｅｄｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｌａｇｔｉｍｅｏｆｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｐｅａｋｂｅｈｉｎｄｔｈｅｆｌｏｏｄｐｅａｋｉｎｔｈｅｆｌｏｏｄｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ.Ｔｈｅａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｖｅｍｅｎｔｃｈａｒａｃ￣ｔｅｒｉｓｔｉｃｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｆｌｏｏｄａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｐｅａｋｓｃａｎｂｅｕｔｉｌｉｚｅｄｔｏｃｏｎｄｕｃｔｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｐｅａｋｒｅｇｕｌａｔｉｏｎꎬｏｎｅｏｆｔｈｅｃｒｕ￣ｃｉａｌｍｅａｓｕｒｅｓｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｎａｍｅｄＳＣＨＩＳＨ(Ｓｅｍｉ￣ｉｍｐｌｉｃｉｔＣｒｏｓｓ￣ｓｃａｌｅＨｙｄｒｏｓｃｉｅｎｃｅＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＳｙｓｔｅｍＭｏｄｅｌ)ｗａｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｖｅｍｅｎｔｃｈａｒａｃ￣ｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｆｌｏｏｄａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｐｅａｋｓｉｎｔｈｅＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＲｅｓｅｒｖｏｉｒ.Ｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｗｅｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｗａｔｅｒａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｄｕｒｉｎｇｔｈｅｆｌｏｏｄｓｅａｓｏｎｉｎ２０１３ꎬｔｈｅｎｔｈｅａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｖｅ￣ｍｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｆｌｏｏｄａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｐｅａｋｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｍｐｏｕｎｄｅｄｌｅｖｅｌｓｗｅｒｅｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｉｌｙａｎａｌｙｚｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｏｄｅｌｒｅｓｕｌｔｓ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｃｏｕｌｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｌｏｎｇ￣ｄｉｓｔａｎｃｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｌｏｏｄａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｐｅａｋｓ.Ｔｈｅｉｍｐｏｕｎｄｅｄｌｅｖｅｌｉｎｆｒｏｎｔｏｆｔｈｅｄａｍｈａｄｌｉｔｔｌｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｐｒｏｐ￣ａｇａｔｉｏｎｔｉｍｅｏｆｔｈｅｆｌｏｏｄｐｅａｋꎬｂｕｔｈａｄａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｔｉｍｅｏｆｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｐｅａｋ.Ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｉｍｐｏｕｎｄｅｄｌｅｖｅｌｒｅｓｕｌｔｅｄｉｎｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｆｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｔｈｅｓａｎｄ￣ｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙꎬｓｏｔｈｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｐｅａｋｗａｓｓｌｏｗｅｒａｎｄｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｐｅａｋｖａｌｕｅｗａｓｓｍａｌｌｅｒꎬｗｈｉｃｈｌｅｄｔｏｔｈｅｌｏｎｇｅｒｌａｇｔｉｍｅｏｆｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｐｅａｋｂｅｈｉｎｄｔｈｅｆｌｏｏｄｐｅａｋａｌｏｎｇｔｈｅｒｅｓｅｒｖｏｉｒ.ＴｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｅｖｉｄｅｎｃｅｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｐｅａｋｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｉｎｔｈｅＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＲｅｓｅｒｖｏｉｒ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｅｄｉｍｅｎｔｐｅａｋꎻｆｌｏｏｄｐｅａｋꎻｌａｇｔｉｍｅꎻｓｅｄｉｍｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎꎻＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＲｅｓｅｒｖｏｉｒ∗ＴｈｅｓｔｕｄｙｉｓｆｉｎａｎｃｉａｌｌｙｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＲ＆ＤＰｒｏｇｒａｍｏｆＣｈｉｎａ(Ｎｏ.２０１７ＹＦＣ０４０５２０２)ａｎｄｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ(Ｎｏ.５１６３９００５).。
美国基西米河生态修复工程的经验
应该指出， 上述 " 类参数不是独立的， 虽然都能适用于流域生态系统， 但在具体情况下还是具备主 次关系的。对于渠化前的基西米河流域， 水文水力条件起到的是主要作用， 最终水质的恶化、 生物栖息 地的损失和系统能量循环的破坏等都是由于以往的水文水力环境不再得以维持而造成的。研究的结论 认为， 由于特定的水文水力过程维持了基西米河原有的生态系统平衡， 所以通过重新控制并形成原有的 自然水文水力状态， 就可以最大限度地达到修复工程的目的。或者说， 自然的水文水力过程可以修复复
河流是一个与河道形态和水流运动特性密切相关的生态系统， 河道的形态特征和水流运动特性决 定了河流及其两岸生物群落的多样性和完整性。人们为了自身的安全和利益， 通常兴修水利工程和进 行河道整治， 结果导致河流的长度缩短， 浅滩和深潭消失， 沿河的洪泛平原和湿地消失， 沿河两岸的植被
［2］ 减少 。河流地貌形态和水力特性的这些变化， 改变了河流原有生态系统的能量交换和物质循环过程，
万方数据
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# 口为界分为上游和下游。流域总面积为 ! "#$%&（不包括伊斯卡托波加湖） ， 其中上游 ’( #"$%&# ， 下游
渠化前在长约 )$%&、 宽 (*! + "*#%& 的河漫滩上蜿 # $$$%&# 。介于基西米湖和奥基乔比湖之间的干流， 蜒盘行 (!!%&， 水深一般为 $*" + $*,&。由于降雨充沛、 季节差异较大， 使得水流具有明显的丰枯特点。 加上河道的自然蜿蜒状态， 河水流动非常缓慢， 河水经常漫过自然河岸， 在两岸滩地上形成约 (’$%&# 的 沼泽和湿地， 为各种水生生物提供了极为适宜的生存条件， 有多达 "$$ 种以上的野生动植物栖息其中。 整个基西米河流域内湿地生物群落发育繁荣， 食物链复杂， 是佛州重要的自然生态环境和旅游资源。 随着区域社会经济的发展， 出于防洪排涝的需要， 基西米河在 ()!# + (),( 年期间逐渐被渠化为一 条长 )$%&， 深 )&， 宽仅 ($$& 的几段近似直线的人工河道组成的运河， 河长缩短了 "-. ， 河道的过流能 力得到提高， 可以防御 / 年一遇洪水。此外， 为了航运的需要沿河修建了 ! 级拦河坝， 除最上游一级直 接控制基西米湖的出流外， 沿河形成 / 级河道型水库 （见图 (） 。
水资源配置中的生态环境用水问题浅析
水资源配置中的生态环境用水问题浅析国家电力公司华东勘测设计研究院傅菁菁张祖生摘要：根据目前国内外生态环境用水的研究情况，对解决水资源配置中的生态环境用水问题提出了几点思路，并综述了各项生态环境用水量的计算方法。
关键词：生态环境用水计算方法生态环境是人类生存发展的基本自然条件，水对维持人类赖以生存的生态环境起着决定性作用，而长期以来，人类在水资源的开发利用中，只重视解决生产、生活用水的需求，对水资源保护利用与生态环境的相互依存关系缺乏认识，忽视生态环境用水，从而导致了一系列的生态环境问题。
海河流域曾是水域、湿地广泛分布的地区，生态环境状况良好，而目前其水资源开发利用率已达80％以上，严重超出世界公认的30％开发利用率上限，已造成流域内的许多河流断流、湖泊湿地干涸以及地面沉降。
新疆塔里木河及甘肃、内蒙古黑河下游，河水断流、湖泊干涸、湿地消失、林草植被大面积死亡；黄河下游河段长时间枯水、断流、黄河三角洲湿地退化、地下水位下降等，无一不是由于生态环境水量减少引起的。
美国中央河谷工程和加利福尼亚州水道工程都是以萨克拉门托河为取水水源，调水量较大，造成海湾水质恶化，影响海湾水生生物，海水倒灌使旧金山湾地区的土地盐渍化，给生态环境带来了较大不利影响[1]。
科罗拉多河的地表水，绝大部分用于灌溉美国7个州的含盐土地，每年引水量约为95亿m3，致使河水含盐量不断增加，被浇灌的土地盐碱化[1]。
因此，近年来，有许多研究者强力疾呼我国所面临的水资源问题，向全社会提出，“在水资源配置中，要从不重视生态环境用水，转变为在保证生态环境用水的前提下，合理规划和保障经济社会的用水”[16]。
“应该在水资源总量中专门划出一部分作为生态环境用水，另一部分为国民经济各部门的用水，包括工、农业及城市生活用水等”[17]。
1.生态环境用水的基本概念目前，对生态环境用水的概念尚无统一的定义。
生态用水量应该是特定区域内生态系统用水量的总称，包括生物体自身的用水量和生物体赖以生存的环境用水量，其实质就是维持生态系统生物群落及其栖息环境动态稳定所需的用水量。
湖沼学湖泊学
人类活动影响下营养盐向河口/近海的输出和模型研究= Summary of human activities on global nutrient export from watersheds to estuaries and coastal water:biogeochemical cycles and modeling/晏维金地理研究.2006,25(5).825~ 835人类活动(人口增长和经济发展所带来的对粮食和能源的需求和消费等)已经大大改变了地表圈层(土壤圈-水圈-大气圈)营养盐(主要是氮、磷、硅)的生物地球化学循环,结果使许多陆地、淡水和海洋生态系统收到显著影响并导致了严重的环境质量退化.本文对2002-2005年由联合国教科文组织(UNESCO)和美国国家自然科学基金委员会资助的全球营养盐输出和模型!(Global NEWS)项目进行了总结.图3表2参52Be P7362007010105海南岛滨珊瑚18O对环境条件的响应=Response to envi ronmental conditions of coral18O of proites lutea from Shalao,Hainan Island/宋少华,周卫健海洋地质与第四纪地质.2006,26(4).23~28通过与同期观测记录的海洋表面温度、海洋表层盐度进行比较分析,提出珊瑚18O对环境条件变化的响应特征.该地区珊瑚18O的年际变化主要受海洋表面温度的控制,而以夏季为代表的季节性变化则主要受海洋表层盐度的影响图6参29(许桂红)N P731.232007010106辐射沙洲东大港潮流水道悬沙输移机制分析=Mechanism of suspended sediment transport in Dongdagang tidal channel of radial sand r idges/吴德安,张忍顺河海大学学报. 2006,34(2).216~222以东大港潮流水道4号站位的水、沙实测资料为例,利用悬沙通量机制分解法、功率谱分析法,对东大港潮流水道悬沙输移的动力机制进行分析探讨.图4表6参12(许桂红)N#湖####沼####学#湖##泊##学P343.32007010107 2002年前后博斯腾湖水位变化及其对中亚气候变化的响应=Water level change in Bo sten Lake under the climatic var ia tion background of central Asian around2002/王润,孙占东冰川冻土.2006,28(3).324~329通过对湖泊补给水量的分析,博斯腾湖2002年前后水位由高向低的转折变化是由开都河径流变化造成的.对2002年前后天山南北其它主要湖泊的水位和河流径流变化作了比较分析结论,由于山区河源径流补给组成不同,表现出在同一中亚气候背景下,即2002年前后该地区气温降低而降水东西各有差异,使得天山西段受降水补给为主的河流,2002年后径流仍有增加.图5表1参11(洪明)Bi X1412007010108乌梁素海沉积物中全磷的分布特征=Distr ibution of total phosphorus in sediments of Wuliangsuhai Lake/孙惠民,何江沉积学报.2006,24(4).579~584开展了浅水草型湖泊乌梁素海沉积物中TP的分布特征研究.结果表明,乌梁素海表层沉积物中TP含量在0.37 -0.99g/kg;水平分布上,TP含量呈现从湖区四周向湖心递减的变化趋势,大部分湖区已具有生态毒性效应,并对湖区底栖生物群落和生态环境构成较大威胁.图4表2参15 (许桂红)N P343.3,P512.322007010109内蒙古黄旗海不同粒级湖泊沉积物R、S组成与环境变化=f f f RS ff z f f Huangqihai Lake,Inner Mongolia/申洪源,贾玉连地理学报.2006,61(11).1208~1217内蒙古黄旗海湖泊沉积物剖面层次结构清晰完整,通过对该剖面全样、77m-20m和小于20m三个不同粒级Rb、Sr含量和磁化率的系统测定,结果表明,湖泊沉积物中小于20m粒级成分的Rb、Sr含量和Rb/Sr值变化阶段明显,Rb/Sr值与磁化率分布曲线十分吻合,因此,小于20m 粒级成分的Rb/Sr值与磁化率包含更加真实的古气候环境信息.R b/Sr值反映了风化的强度,因而可以作为指示夏季风环流强度的代用指标.黄旗海湖泊沉积物的地球化学Rb、Sr元素含量和Rb/Sr值以及磁化率值波动特征具有深刻的环境演变背景,由此揭示的环境特征在一定程度上反映了全新世气候千百年尺度的波动变化,与全球气候波动有关.图6表1参32(广兵)Be P534.632007010110青藏高原中部湖泊岩芯记录的第四纪湖平面变化及气候意义=Lake level change r ecorded by core of the Quaternar y la custrine sediment in t he centr al T ibetan Plateau and its climatic implicat ions/伊海生,张小青地学前缘.2006,13 (5).300~307通过对羌塘地区中部羌D1井长1816m第四系岩芯的研究,分析湖泊沉积记录的岩相旋回和Fe/Mn和Sr/Ba等微量元素古环境参数的变化,结合样品的热释光(TL)测年数据,讨论晚更新世该区湖泊扩张和湖面升降变化过程.结果表明,晚更新世以来该区湖泊环境的演化,经历了二次湖进过程,二次湖平面上升期之间出现了一次广泛的干化低水位时期其中5万年期间的湖泛事件可以在区域上进行追踪对比,它对应于深海氧同位素的第5阶段,可以作为高原中央气候转型期的标志图表参B5b rEnvironmental change in erred rom distribution o b and r in di erent grain si e ractions rom lacustrine sediments in .1-7.2220e1X 522007010111吉林松花湖叶绿素的垂直分布及其影响因素=T he vertical dynamic changes in chlorophylla and its relative factors I n Songhua Lake in Jilin/金香琴,盛连喜干旱环境监测.2006,20(1).23~26,封底图2表1参9(王彦)SDP641.62007010112岱海水盐变化原因及影响研究=Study on the causes and im pacts of water salt change of the Daihai Lake/孙占东,姜加虎干旱区研究.2006,23(2).264~268从湖泊水文要素变化出发,基于湖泊和流域的关系,利用相关分析方法,对近50a 来岱海水位、矿化度等水文要素变化序列进行了分析.并对变化原因进行了探讨,结果表明:相对封闭及较小尺度的流域面积等自身特性,决定了其水资源系统自我调节能力的脆弱性;而近年来流域上的人类活动,增大了降水径流滞留时间和蒸发作用:蒸发的水汽随环流流出流域,最终导致汇人流域的持水量和汇入湖泊的水量不断减少,矿化度在湖水量不断减少的情况下浓缩升高.最后就变化趋势及影响进行了讨论.图6表1参13(作者)SDP512.322007010113青藏高原东北部希门错湖岩心粒度特征及其环境意义=T he grain size characteristics of Ximencuo Lake core in the northeast Tibet Plateau and its environmental significance/类延斌,张成君海洋地质与第四纪地质.2006,26(3).31~38位于青藏高原东北部的希门错为一冰川深水湖,流域面积小,受人类活动影响较小,忠实地记录了湖泊的自然演化过程.结合希门错湖区特点,对沉积物的粒度特征进行了详细分析.图5参22(许桂红)NP597.22007010114长江中下游湖泊水体氧同位素组成=Character istics of oxy gen isotopic composition of the lakes along the mid lower reach es of the Yangtze River /吴敬禄,林森海洋地质与第四纪地质.2006,26(3).53~56图1表2参9(许桂红)NP426.22007010115鄱阳湖水面蒸发量的计算与变化趋势分析(1955-2004年)=Calculat ion of lake evaporation and tr end analysis of Lake Poyang:19552004/闵骞,刘影湖泊科学.2006,17(5).452~457利用器测折算法与气候模式法,分别计算鄱阳湖周围康山、棠荫、都昌、星子、湖口5站的单站水面蒸发量,以5站两种方法计算值的平均值代表鄱阳湖大湖面的水面蒸发量,求得鄱阳湖1955-2004年各月的水面蒸发量和蒸发水量.图1表6参8(许桂红)NP34.32007010116鄱阳湖湖口、外洲、梅港三站水沙变化及趋势分析(1955-2001年)=Analysi s on the runoff and sediment transpor tation ,W z M f L y 55郭鹏,陈晓玲湖泊科学6,(5)5~63对鄱阳湖流域三个主要控制站湖口、外洲和梅港多年(1955-2001年)水沙数据进行了统计分析,利用滑动平均法,Spearman 秩次相关检验、线性回归检验方法对三个测站的水沙变化趋势进行了分析检验.从赣江和信江水沙总体变化趋势来看,赣江径流量变化趋势不明显,而输沙量具有明显减少的趋势;信江径流量增加趋势明显,输沙量基本无明显趋势.图2表3参8(许桂红)NP343.32007010117洪湖分蓄洪区洪水淹没风险动态识别与可能损失评估=Dynamic inundation risk identification and est imation of the po tential loss in Honghu flood diversion area,China/Marco GEM MER ,王国杰湖泊科学.2006,17(5).464~469以洪湖分蓄洪区为案例,采用基于GIS 栅格数据整合于Ar cview3.x 的二维水文-水动力学模型进行洪水淹没风险动态识别,并且根据土地利用分类及其单位面积价值,建立洪水淹没损失函数,进行洪水淹没动态损失评估,建立了东洪湖分蓄洪区洪水淹没动态损失数据库,为东洪湖分蓄洪区的合理利用提供定量科学依据.图3表2参18(许桂红)NP463.252007010118气候背景下冰川在博斯腾湖水量平衡中的作用=Effect of glaciers change to water balance of Lake Bosten under climatic backgrounds/孙占东,王润湖泊科学.2006,17(5).484~489基于博斯腾湖水量平衡关系,对博斯腾湖水量变化做了分析,认为博斯腾湖近年水位的显著变化与占其入湖水量85%的开都河流量变化有直接关系.冰川作为开都河上游重要的水资源形势,造就了开都河稳定的基流.图5表1参16(许桂红)NP463.242007010119西太湖湖滨典型河网区与太湖水量的交换=Water quantity exchanges between typical river network area and western Lake Taihu/庄巍,逄勇湖泊科学.2006,17(5).490~494以西太湖湖滨典型河网区宜兴大浦河网区为研究区域,对于该典型河网区与太湖之间的水量交换情况进行了系统的计算研究.建立起适合该河网区域的非稳态河网水量模型,结合径流计算结果,对各年内典型河网区内水流的动态变化进行了计算模拟,对典型河网区与太湖水体的水量交换情况进行系统研究,分别对顺流与逆流情况下交换水量的年内分布与年际变化规律进行了分析.图6参13(许桂红)NP461.52007010120风浪扰动对太湖水体悬浮物重金属含量的影响=Effects of wind wave disturbance on heavy metal contents in suspended solids of lake Taihu/池俏俏,朱广伟湖泊科学.2006,17(5).495~498通过离心浓缩的方法,获取太湖梅梁湾口东岸处(即梅梁湾与贡湖湾的交界处)不同风浪条件下的悬浮颗粒物,冷冻干燥,微波消解,I S 的方法测定了其中、、、N 、、Z 等重金属元素及、、F 、M 等相关金属元6in the Hukou ai hou and eigang stations o ake Po ang dur ing 192001/.20017.484CP -AE Co Cr Cu i Pb n Al Ca e n 1素的含量.图4参14(许桂红)N P461.52007010121广州麓湖水-气界面多环芳烃的通量分析=Deposition and exchange of polycyclic aromatic hydrocarbons across air water interface in an ur ban lake:Lake Luhu,Guangzhou/陈灿云,张干湖泊科学.2006,17(5).499~502图2表1参11(许桂红)N X522007010122微生物作用对太湖沉积物磷释放影响的模拟实验研究= M icrobial effects on phosphorus release in Taihu Lake%s sedi ments/孙晓杭,张昱环境化学.2006,25(1).24~ 27图3参9(许桂红)N P512.22007010123青藏高原湖泊沉积研究及其进展=Researches on lacustr ine sediments in Tibetan Plateau and their pr ogress/于守兵,李世杰山地学报.2005,23(6).663~671青藏高原湖泊沉积研究主要围绕青藏高原隆升和全球变化响应开展.研究揭示了青藏高原隆升具有整体性、阶段性和后期加速性.中晚更新世以来和末次间冰期-冰期气候演化过程得到重建,并能够与冰芯和深海氧同位素记录对比;同时也存在MI S3阶段强烈暖湿和末次冰盛期冷湿等区域特征;新仙女木事件在湖泊沉积物也有明显记录.全新世研究表明青藏高原早期暖湿并经历冷事件,大暖期普遍出现高水位,后期气候向干冷化方向发展.湖泊沉积环境定量化重建也得到研究.青藏高原湖泊沉积应在高分辨率纹层沉积和环境指标定量分析基础理论方面加强研究.参70 (作者)Che K992007010124太湖流域主要湖泊的水域动态变化=Study on surface ar ea change of major lakes in Taihu basin based on topographical and r emotely sensed information/李新国,江南水资源保护.2006,22(3).20~23利用GIS和遥感技术对不同时期的地形图和遥感影像数据进行处理,获取3个时期的太湖流域主要湖泊的水域面积.结合多种文献资料,对太湖流域主要湖泊的水域面积变化进行了研究,并分析了引起水域面积变化的主要因素.结果表明,1971-2002年期间太湖流域主要湖泊的水域面积减少了188.87km2;湖泊水域面积减少的主要原因是由于人类活动的影响.在实地调查研究的基础上,对合理利用与保护湖泊水资源的对策进行了探讨.图1表1参10(盛春蕾)Cha#沼##泽##学P343.42007010125中国海岸湿地环境特点与开发利用=Character istics and ex ploitation of wetland of China/王颖,朱大奎长江流域资源与环境.2006,15(5).553~559中国海岸湿地环境受季风波浪、潮汐与大河影响的河海交互作用为特征,地跨3个纬度带,其面积约占中国湿地总面积的5按成因与表相可分为河口芦苇、草滩湿地,平原海岸草滩盐沼湿地及在华南隐蔽港湾顶部红树林沼泽3种类型.均具有潮上带、潮间带与潮下带分带特征.指出:海岸湿地是珍贵的新生空间资源,但由于滥伐垦殖、外来物种属入侵危害、陆源水沙减少及海平面上升招致海岸侵蚀、盐湖入侵与内涝频繁等灾害影响,海岸湿地环境质量下降,面临着解决海岸湿地生态保护与沿海人民生计这一新生矛盾问题.图6表2参11(宋金叶)HN P343.42007010126长江下游典型水域湿地近百年变化分析=Changes in typical water wetland in the lower reaches of the Yangtze R iver in t he past100years/赵广举,张鹏长江流域资源与环境. 2006,15(5).560~562长江中下游地区分布着以湖泊和河流湿地为主的大面积湿地,同时也是人口密集区,水域湿地在近百年发生了巨大变化.选择长江下游太湖平原上的典型湿地为例,根据历史史料记载和近代精确的地形图遥感资料,首次得出了研究区近百年水域湿地的精确面积和空间分布状况,分析结果显示:1916年建昌圩水域面积为11.30km2,沼泽面积较小;1957年水域面积减少到10.32km2,沼泽面积增加到0. 86;1966年水域湿地面积较少到9.18km2,到1981年水域湿地面积减至7km2,到2000年水域湿地面积减至5. 50km2.并对影响其变化的因素进行了分析.图2表2参9 (宋金叶)HN P343.42007010127长江中下游湿地保护与流域生态管理=Wetland protection and basin management in the middle and lower reaches of t he Yangtze River/王学雷,许厚泽长江流域资源与环境.2006,15(5).564~567长江中下游湿地保护必须从流域管理角度进行规划和保护,由过去主要是单块湿地保护向按流域系统保护转变.具体可采取以下措施:在流域内建立统一协调机制,对流域湿地进行保护与合理利用,合理布局,统一规划;按湖泊流域和物种分布整合现有保护区,建立新的湿地保护区,解决目前管理上的制约问题;在大力保护的前提下科学合理利用长江中下游湿地资源,开创新的生产力;同时加强湿地科学研究.表1参6(宋金叶)HN P941.272007010128江汉平原湿地水系统综合评价与水资源管理探讨=Com prehensive evaluat ion on wetland water system and water r e sour ces management in the Jianghan plain/王学雷,吕宪国地理科学.2006,26(3).311~315在探讨江汉平原湿地水系统结构和功能的基础上,提出了合理利用湿地水资源和实施科学水管理的途径,首先要对水资源和水环境进行积极的保护;其次积极实施退田还湖,增强江汉平原湿地的调蓄洪水能力,减轻洪涝灾害损失;其三是建立江汉平原水环境安全调控体系;最后将江汉平原湿地水系统管理纳入整个长江中游及长江流域的统一管理与规划之中,进行总体协调与管理图3参(盛春蕾)691/.:.7Cha P41200701012917。
美国科罗拉多河高速水流实验对下游水生生态系统的影响及启示
美国科罗拉多河高速水流实验对下游水生生态系统的影响及启示袁文洁;潘明麒;于秀波【摘要】The adaptive management of the Colorado River in USA is well known worldwide. US government agencies and scientists have conducted three experiments on high-speed water flow to study the impacts of Glen Canyon Dam on the aquatic ecosystems in the lower reaches of the river. These experiments have not only generated significant ecological benefits, but accumulated a wealth of experience in this field. The research showed that the participation of stakeholders is the key to the success of these experiments institutionally, while monitoring and assessment provide strong technical support for the successful execution of such experiments, and dam adaptive regulation serves as an effective tool to protect and manage the river. China can learn a lot in terms of dam regulation from the execution processes and outcomes of the experiments on the Colorado River. Protecting the aquatic wildlife and wetland ecosystem in the lower reaches of a river should be integrated as one of the objectives of dam regulation. In addition, experiments and researches on dam adaptive regulation should be enhanced, and the relevant stakeholders should be more involved in the river protection and management.%科罗拉多河的适应性管理处于世界领先水平.美国为研究格伦峡谷大坝对下游水生生态系统的影响而进行了3次高速水流实验,取得了显著的生态效益,也积累了许多宝贵经验.分析显示,利益相关方参与是该实验成功的体制保障,跟踪监测与评估是实验成功的技术保障,闸坝适应性调度是河流保护与管理的有效手段.该实验的实施过程和效果对我国闸坝调度有许多有益的启示.例如,对下游水生生物和湿地生态系统的保护应作为闸坝调度的目标之一,应加强闸坝适应性调度的实验和研究,促进利益相关方参与河流保护与管理.【期刊名称】《湿地科学与管理》【年(卷),期】2012(008)002【总页数】5页(P49-53)【关键词】高速水流实验;科罗拉多河格伦峡谷大坝;水生态系统;适应性管理;利益相关方【作者】袁文洁;潘明麒;于秀波【作者单位】山西大学环境与资源学院,山西太原030006;中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;中国科学院科技政策与管理科学研究所,北京100190;中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101【正文语种】中文美国科罗拉多河格伦峡谷大坝对下游生态系统的影响受到普遍关注。