三峽成庫(kù)初期重慶河段水位流量關(guān)系演變研究

劉天云，張 璠，劉 勇

(1.長(zhǎng)江航道局，湖北 武漢 430010；2.長(zhǎng)江重慶航運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院，重慶 401147)

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三峽成庫(kù)初期重慶河段水位流量關(guān)系演變研究

劉天云1，張 璠2，劉 勇2

(1.長(zhǎng)江航道局，湖北 武漢 430010；2.長(zhǎng)江重慶航運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院，重慶 401147)

在收集大量水文資料的基礎(chǔ)上，采用數(shù)值分析的方法，得到三峽成庫(kù)初期對(duì)長(zhǎng)江寸灘站水位流量關(guān)系產(chǎn)生影響的臨界壩前水位為156 m。以此臨界水位為界，在壩前水位之下重慶主城河段處于天然狀態(tài)，之上則為庫(kù)區(qū)或回水變動(dòng)區(qū)狀態(tài)。同時(shí)給出了三峽成庫(kù)初期寸灘水文站的水位流量關(guān)系曲線，采用分流量級(jí)擬合的方法，可獲得較好的結(jié)果。

水利工程；三峽工程；臨界水位；水位流量關(guān)系

自三峽工程開(kāi)始蓄水以來(lái)，經(jīng)過(guò)了135-139 m、144-156 m調(diào)度運(yùn)行階段，于2008年9月底進(jìn)入了175-145-155 m實(shí)驗(yàn)性蓄水階段，并于2010年10月26日首次蓄水至175 m(文中水位均為吳淞高程)。

長(zhǎng)江寸灘水位站位于重慶朝天門(mén)下游約7 km，位于三峽水位回水變動(dòng)區(qū)中段，是三峽庫(kù)區(qū)進(jìn)口控制水文站，也是重慶水情預(yù)報(bào)和實(shí)測(cè)的重要水文站。三峽成庫(kù)后，采用壩前水位175-145-155 m調(diào)度運(yùn)行。當(dāng)壩前水位為175 m期間，重慶河段枯水水位比天然情況(寸灘天然最低水位不到159 m)高出10 m多，顯然破壞了寸灘水文站天然狀況下的水位流量關(guān)系，原有的水位流量關(guān)系不能再使用[1-4]。

筆者根據(jù)收集的部分資料，對(duì)三峽成庫(kù)初期重慶河段，主要是寸灘水文站的水位流量關(guān)系進(jìn)行初步的統(tǒng)計(jì)和分析，希望對(duì)城市水文預(yù)報(bào)、涉河工程建設(shè)等有所助益[2,5]。

1 三峽成庫(kù)前寸灘站水文站水位-流量關(guān)系

1.1 水文站基本概況

寸灘水文站位于嘉陵江和長(zhǎng)江匯合口下游約7 km處，集水面積866 559 km2。1939年設(shè)站，基本水尺在左岸，1956年下遷600 m至三家灘，繼續(xù)觀測(cè)至今。經(jīng)與重慶海關(guān)建立關(guān)系查補(bǔ)延長(zhǎng)，該站具有1892年至今的流量資料。水位流量關(guān)系基本穩(wěn)定，中高水位時(shí)略受漲落影響，但軸線歷年變動(dòng)甚小。

1.2 天然水位-流量關(guān)系

根據(jù)三峽成庫(kù)前寸灘水文站水位、流量實(shí)測(cè)資料以及相關(guān)研究成果，寸灘站的水位-流量關(guān)系曲線如圖1。從圖1可以看出，當(dāng)流量Q<20 000 m3/s情況下，實(shí)測(cè)點(diǎn)緊緊圍繞相關(guān)線，水位-流量之間相關(guān)性十分緊密；當(dāng)Q>20 000 m3/s后，即使是實(shí)測(cè)點(diǎn)分布帶較寬，水位、流量也基本呈現(xiàn)單值關(guān)系，二者的相關(guān)性仍較好。采用水位推求流量或流量推求水位，都不會(huì)造成較大的誤差。

圖1 三峽成庫(kù)前寸灘站水位-流量關(guān)系曲線

2 三峽壩前水位調(diào)度曲線變化

三峽工程初步設(shè)計(jì)擬定的三峽水庫(kù)正常調(diào)度方式如圖2。汛期6—9月一般按防洪限制水位145 m運(yùn)行；10月初開(kāi)始蓄水，至10月底蓄至正常水位；一般情況下，1—4月為水庫(kù)消落期，庫(kù)水位不低于枯水期消落低水位155 m，5月底庫(kù)水位消落至枯水期消落低水位，6月上旬末庫(kù)水位降至防洪限制水位145 m。

圖2也繪制了2009—2012年三峽壩前實(shí)際水位調(diào)度曲線，可以看出，實(shí)際壩前水位過(guò)程與原初步設(shè)計(jì)存在較大差異。差異主要集中在汛末起蓄時(shí)間，2011年和2012年已經(jīng)按175 m蓄水，其起蓄時(shí)間約為8月20日，比初步設(shè)計(jì)提前約40 d。

圖2 三峽壩前水位調(diào)度曲線

3 三峽成庫(kù)初期寸灘水位-流量關(guān)系初步分析

3.1 對(duì)寸灘水位流量關(guān)系產(chǎn)生影響的壩前臨界水位

以寸灘水位庫(kù)后壅高(三峽成庫(kù)后寸灘站水位—三峽成庫(kù)前同流量的寸灘站水位)為縱坐標(biāo)，以三峽壩前水位超高(壩前水位—寸灘同流量的天然水位)為橫坐標(biāo)，繪制寸灘水位庫(kù)后壅高-壩前水位關(guān)系曲線，見(jiàn)圖3。從圖3可見(jiàn)：當(dāng)壩前水位<156 m時(shí)，寸灘水位庫(kù)后壅高集中在0 m附近。這說(shuō)明壩前水位<156 m時(shí)，壩前蓄水對(duì)寸灘站水位-流量關(guān)系基本無(wú)影響，可將156 m作為壩前蓄水是否對(duì)寸灘水位流量關(guān)系影響的臨界水位。據(jù)近4年資料的初步分析，壩前水位低于156 m的時(shí)間約占全年的38%[6-8]。

圖3 三峽壩前水位對(duì)寸灘站水位-流量關(guān)系的影響

3.2 三峽成庫(kù)初期寸灘水位-流量關(guān)系初步分析

前面已分析，當(dāng)壩前水位<156 m時(shí)，寸灘水位流量關(guān)系仍可采用天然情況的關(guān)系，一般5月1日—9月15日屬于此范疇。但當(dāng)壩前水位>156 m后，關(guān)系成繩套形式(圖4)，難以直接表達(dá)[9-10]。通過(guò)較為詳細(xì)的數(shù)值分析，可采用圖4的寸灘水位壅高、壩前水位超高按分流量級(jí)進(jìn)行查取。查取時(shí)需要注意的是曲線的適用范圍，延長(zhǎng)查取會(huì)產(chǎn)生較大誤差。

圖4 三峽成庫(kù)初期寸灘水位-流量關(guān)系

圖5為計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比，可以看出二者符合較好，用圖4的曲線初步描述三峽成庫(kù)初期寸灘站水位-流量關(guān)系是合適的。

圖5 寸灘水位實(shí)測(cè)值與計(jì)算值比較

4 結(jié) 論

1)三峽成庫(kù)前寸灘水文站水位-流量關(guān)系曲線在流量Q<20 000 m3/s時(shí)，水位-流量之間相關(guān)性十分緊密，單值關(guān)系好；當(dāng)Q>20 000 m3/s后，實(shí)測(cè)點(diǎn)分布帶略有展寬，但仍基本呈現(xiàn)單值關(guān)系。

2)三峽工程壩前水位實(shí)際調(diào)度曲線與初步設(shè)計(jì)擬定的調(diào)度方式存在一定差異，主要體現(xiàn)在汛末起蓄時(shí)間提前較多，如近兩年起蓄時(shí)間比初步設(shè)計(jì)提前約40 d。

3)壩前水位156 m為三峽蓄水對(duì)寸灘水位流量關(guān)系影響的臨界水位，當(dāng)壩前水位高于156 m時(shí)，重慶主城河段才受三峽蓄水的影響，否則重慶主城河段仍處于天然狀態(tài)。

4)三峽成庫(kù)后，寸灘水文站水位流量關(guān)系出現(xiàn)多值的繩套關(guān)系，可采用寸灘庫(kù)后壅高、壩前水位超高、分流量級(jí)等參數(shù)和方法進(jìn)行分析查取。

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Research on Water-Flow Relationship Evolution of Chongqing Reach Early in the Three Gorges Reservoir

Liu Tianyun1, Zhang Fan2, Liu Yong2

(1. Changjiang Waterway Bureau, Wuhan 430010, Hubei, China;2. Changjiang Chongqing Harbour and Waterway Engineering Investigation and Design Institute, Chongqing 401147, China)

On the basis of collecting a large number of hydrological data, using the method of numerical analysis, it showed that critical water level which impacted on Cuntan station in Chongqing reach water-flow relationship after the Three Gorges Reservoir was 156 m. This critical water level was taken as a bound. When the water level was below it, Chongqing reach was in natural state; when the water level was above it, Chongqing reach was the reservoir or the fluctuating back water district. The water flow curve of Cuntan station in the early years of the Three Gorges Reservoir was available. The result shows water-flow relationship adopting the method of shunt magnitude in the fluctuating back water district is good.

hydraulic engineering; Three Gorges Reservoir; critical level; water-flow relationship

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.03.16

2014-01-20；

2014-05-25

國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAB09B01)

劉天云(1984—)，男，安徽阜陽(yáng)人，高級(jí)工程師，主要從事港口、海岸及近海工程設(shè)計(jì)與管理工作。E-mail: 593543010@qq.com。

TV135.4

A

1674-0696(2015)03-076-03