三峡成库初期重庆河段水位流量关系演变研究

刘天云，张 璠，刘 勇

(1.长江航道局，湖北 武汉 430010；2.长江重庆航运工程勘察设计院，重庆 401147)



三峡成库初期重庆河段水位流量关系演变研究

刘天云1，张 璠2，刘 勇2

(1.长江航道局，湖北 武汉 430010；2.长江重庆航运工程勘察设计院，重庆 401147)

在收集大量水文资料的基础上，采用数值分析的方法，得到三峡成库初期对长江寸滩站水位流量关系产生影响的临界坝前水位为156 m。以此临界水位为界，在坝前水位之下重庆主城河段处于天然状态，之上则为库区或回水变动区状态。同时给出了三峡成库初期寸滩水文站的水位流量关系曲线，采用分流量级拟合的方法，可获得较好的结果。

水利工程；三峡工程；临界水位；水位流量关系

自三峡工程开始蓄水以来，经过了135-139 m、144-156 m调度运行阶段，于2008年9月底进入了175-145-155 m实验性蓄水阶段，并于2010年10月26日首次蓄水至175 m(文中水位均为吴淞高程)。

长江寸滩水位站位于重庆朝天门下游约7 km，位于三峡水位回水变动区中段，是三峡库区进口控制水文站，也是重庆水情预报和实测的重要水文站。三峡成库后，采用坝前水位175-145-155 m调度运行。当坝前水位为175 m期间，重庆河段枯水水位比天然情况(寸滩天然最低水位不到159 m)高出10 m多，显然破坏了寸滩水文站天然状况下的水位流量关系，原有的水位流量关系不能再使用[1-4]。

笔者根据收集的部分资料，对三峡成库初期重庆河段，主要是寸滩水文站的水位流量关系进行初步的统计和分析，希望对城市水文预报、涉河工程建设等有所助益[2,5]。

1 三峡成库前寸滩站水文站水位-流量关系

1.1 水文站基本概况

寸滩水文站位于嘉陵江和长江汇合口下游约7 km处，集水面积866 559 km2。1939年设站，基本水尺在左岸，1956年下迁600 m至三家滩，继续观测至今。经与重庆海关建立关系查补延长，该站具有1892年至今的流量资料。水位流量关系基本稳定，中高水位时略受涨落影响，但轴线历年变动甚小。

1.2 天然水位-流量关系

根据三峡成库前寸滩水文站水位、流量实测资料以及相关研究成果，寸滩站的水位-流量关系曲线如图1。从图1可以看出，当流量Q<20 000 m3/s情况下，实测点紧紧围绕相关线，水位-流量之间相关性十分紧密；当Q>20 000 m3/s后，即使是实测点分布带较宽，水位、流量也基本呈现单值关系，二者的相关性仍较好。采用水位推求流量或流量推求水位，都不会造成较大的误差。

图1 三峡成库前寸滩站水位-流量关系曲线

2 三峡坝前水位调度曲线变化

三峡工程初步设计拟定的三峡水库正常调度方式如图2。汛期6—9月一般按防洪限制水位145 m运行；10月初开始蓄水，至10月底蓄至正常水位；一般情况下，1—4月为水库消落期，库水位不低于枯水期消落低水位155 m，5月底库水位消落至枯水期消落低水位，6月上旬末库水位降至防洪限制水位145 m。

图2也绘制了2009—2012年三峡坝前实际水位调度曲线，可以看出，实际坝前水位过程与原初步设计存在较大差异。差异主要集中在汛末起蓄时间，2011年和2012年已经按175 m蓄水，其起蓄时间约为8月20日，比初步设计提前约40 d。

图2 三峡坝前水位调度曲线

3 三峡成库初期寸滩水位-流量关系初步分析

3.1 对寸滩水位流量关系产生影响的坝前临界水位

以寸滩水位库后壅高(三峡成库后寸滩站水位—三峡成库前同流量的寸滩站水位)为纵坐标，以三峡坝前水位超高(坝前水位—寸滩同流量的天然水位)为横坐标，绘制寸滩水位库后壅高-坝前水位关系曲线，见图3。从图3可见：当坝前水位<156 m时，寸滩水位库后壅高集中在0 m附近。这说明坝前水位<156 m时，坝前蓄水对寸滩站水位-流量关系基本无影响，可将156 m作为坝前蓄水是否对寸滩水位流量关系影响的临界水位。据近4年资料的初步分析，坝前水位低于156 m的时间约占全年的38%[6-8]。

图3 三峡坝前水位对寸滩站水位-流量关系的影响

3.2 三峡成库初期寸滩水位-流量关系初步分析

前面已分析，当坝前水位<156 m时，寸滩水位流量关系仍可采用天然情况的关系，一般5月1日—9月15日属于此范畴。但当坝前水位>156 m后，关系成绳套形式(图4)，难以直接表达[9-10]。通过较为详细的数值分析，可采用图4的寸滩水位壅高、坝前水位超高按分流量级进行查取。查取时需要注意的是曲线的适用范围，延长查取会产生较大误差。

图4 三峡成库初期寸滩水位-流量关系

图5为计算值与实测值的对比，可以看出二者符合较好，用图4的曲线初步描述三峡成库初期寸滩站水位-流量关系是合适的。

图5 寸滩水位实测值与计算值比较

4 结 论

1)三峡成库前寸滩水文站水位-流量关系曲线在流量Q<20 000 m3/s时，水位-流量之间相关性十分紧密，单值关系好；当Q>20 000 m3/s后，实测点分布带略有展宽，但仍基本呈现单值关系。

2)三峡工程坝前水位实际调度曲线与初步设计拟定的调度方式存在一定差异，主要体现在汛末起蓄时间提前较多，如近两年起蓄时间比初步设计提前约40 d。

3)坝前水位156 m为三峡蓄水对寸滩水位流量关系影响的临界水位，当坝前水位高于156 m时，重庆主城河段才受三峡蓄水的影响，否则重庆主城河段仍处于天然状态。

4)三峡成库后，寸滩水文站水位流量关系出现多值的绳套关系，可采用寸滩库后壅高、坝前水位超高、分流量级等参数和方法进行分析查取。

[1] 胡小庆.长江三峡工程航道泥沙原型观测分析报告[R].重庆:长江重庆航运工程勘察设计院,2012:50-55. Hu Xiaoqing.Waterway Sediment Observation and Analysis of Three Gorges Project[R].Chongqing:Changjiang Chongqing Harbour and Waterway Engineering Investigation and Design Institute,2012:50-55.

[2] 胡小庆,许光祥.长江上游九龙坡至朝天门航道整治工程模型试验研究报告[R].重庆:长江重庆航运工程勘察设计院,2014:101-110. Hu Xiaoqing,Xu Guangxiang.Test Study on the Regulation Engineering of Jiu Longpo-Chao Tianmen in the Upper Yangtze River[R].Chongqing:Changjiang Chongqing Harbour and Waterway Engineering Investigation and Design Institute.2014:101-110.

[3] 张鹏,胡江.三峡库区急流滩代表船舶自航上滩水力指标研究[J].重庆交通大学学报:自然科学版,2012,31(4):878-880. Zhang Peng,Hu Jiang.Study on the Navigable Hydraulic Parameter of 3000 t Ships at the Rapids of Three Gorges Reservoir Area[J].Journal of Chongqing Jiaotong University:Natural Science,2012,31(4):878-880.

[4] 胡鹏,杨胜发,胡江.三峡水库175 m蓄水初期库区沿程水位分析[J].重庆交通大学学报:自然科学版,2011,30(5):1014-1016. Hu Peng,Yang Shengfa,Hu Jiang.Analysis of water surface calculation of the Three Gorges reservoirin 175 m initial operation [J].Journal of Chongqing Jiaotong University:Natural Science,2011,30(5):1014- 1016.

[5] 中国水利水电科学研究院.三峡工程重庆河段泥沙模型175m方案试验报告[R].北京:中国水利水电科学研究院,1987:35-59. China Institute of Water Resources and Hydropower.The Three Gorges Project Sediment Model Study of Chongqing Reach on 175m Test Scheme [R].Beijing:China Institute of Water Resources and Hydropower,1987:35-59.

[6] 南京水利科学研究院.三峡工程回水变动区长模型175米方案试验阶段报告[R].南京:南京水利科学研究院,1988:76-80. Nanjing Hydraulic Research Institute.Test Study of Three Gorges Project Backwater District on 175 Meters Plan[R].Nanjing:Nanjing Hydraulic Research Institute,1988:76-80.

[7] 陈晓云,罗宏,杨胜发.三峡工程库尾航道演变规律研究[R].武汉:长江航道局,2010:20-25. Chen Xiaoyun,Luo Hong,Yang Shengfa.Study on the Evolution Rule of the Channel in the Backwater Zone of the Three Gorges Reservoir[R].Wuhan:Changjiang Waterway Bureau,2010:20-25.

[8] 长江重庆航运工程勘察设计院,重庆交通大学.三峡库区(175m运用初期)设计最低通航水位计算与分析[R].重庆:长江重庆航运工程勘察设计院,重庆交通大学,2010:35-47. Changjiang Chongqing Harbour and Waterway Engineering Investigation and Design Institute,Chongqing Jiaotong University.Calculation and Analysis on Design Lowest Navigable Water Level (the initial 175m) in The Three Gorges Reservoir Area[R].Chongqing:Changjiang Chongqing Harbour and Waterway Engineering Investigation and Design Institute,Chongqing JiaoTong University,2010:35-47.

[9] 杨胜发,方铎.三峡水库变动回水区河道推移质输移特性研究[J].水利电力技术,2003,34(2):5-8. Yang Shengfa,Fang Duo.Study on bed load in the backwater Change- area of Three Gorges reservoir [J].Water Resources and Hydropower Engineering,2003,34(2):5-8.

[10] 黄悦.三峡水库运用后变动回水区最低通航水位计算分析[R].武汉:长江水利委员会长江科学院,2004:22-32. Huang Yue.Calculation and Analysis on Design Lowest Navigable Water Level in the Fluctuating Backwater Area after the Three Gorges Reservoir[R].Wuhan:Yangtze River Scientific Research Institute,2004:22-32.

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

国家“十二五”科技支撑计划项目(2011BAB09B01)

刘天云(1984—)，男，安徽阜阳人，高级工程师，主要从事港口、海岸及近海工程设计与管理工作。E-mail: 593543010@qq.com。

TV135.4

A

1674-0696(2015)03-076-03