三峡工程运用后泥沙与防洪关键技术研究

  • 获奖名称: 三峡工程运用后泥沙与防洪关键技术研究
  • 获奖等级: 一等奖
  • 获奖类别: 大禹水利科学技术奖
  • 授奖单位: 中国水利学会
  • 完成单位: 长江勘测规划设计研究有限责任公司、长江水利委员会长江科学院、中国水利水电科学研究院、清华大学、水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院
  • 获奖年度: 2012
  • 获奖人员: 仲志余、施勇、方春明、卢金友、李丹勋、胡维忠、姚仕明、宁磊、王兴奎、董耀华、毛继新、陈肃利、邵学军、陈松生、栾震宇
  • 成果简介:项目背景情况 三峡工程是长江防洪体系的骨干工程，三峡工程建成后长江中下游防洪形势得到很大的改善。但三峡工程运用后由于三峡水库蓄水拦沙，下泄水流含沙量明显减少，坝下游河道将发生长时期长距离的冲淤调整，引起中下游河道河势河型变化以及河道泄流能力、江湖调蓄能力、荆江三口分流分沙能力等江湖关系发生变化，进而对中下游河道治理、遇大洪水分蓄洪分配格局等产生影响。同时，随着三峡工程的长期运用，库区泥沙淤积将对水库有效库容的长期保留、库区航道等也将产生影响。这些影响涉及三峡工程本身的效益发挥以及整个长江流域的经济社会发展，开展三峡工程运用后的影响及对策研究十分必要而迫切。“十一五”国家科技支撑计划重点项目“三峡工程运用后泥沙与防洪关键技术研究”，辨析了长江上游水沙变化趋势及其对三峡水库入库水沙条件的影响，揭示了三峡水库沿程挟沙能力变化规律以及大水深下泥沙输移、坝下游河势、河型变化的机理；开展了上游不同来水来沙条件下三峡库区和坝区可能出现的各种泥沙问题研究，并拟订相应的对策措施；定量预测了坝下河道冲刷、江湖蓄泄能力变化与长江中游防洪布局之间的关系，预估了江湖关系变化趋势及其对防洪的影响；从三峡水库调度、长江中下游干流河道治理、洞庭湖区及鄱阳湖区防洪治理以及长江中下游洪水安排等方面，研究提出了三峡工程运用后长江中下游防洪对策。 主要技术创新（1）综合集成长江上游、三峡水库和长江中下游水沙数学模型，实现了上游水沙变化、三峡水库水沙调控与中下游河道冲刷响应的系统模拟。针对三峡水库复杂的泥沙淤积过程，研究并建立了三峡水库絮凝和淤积物干容重变化数值模拟模式。建立了长江中下游一、二维耦合水沙数学模型，创建了适用于长历时长距离冲刷相关的干湿河床、河道断面调整及动床阻力等计算模式，经实测资料验证，成功模拟了长江中下游复杂的水沙关系、江湖关系。（2）利用三峡水库蓄水运用以来的观测资料，揭示了水库泥沙淤积、中下游河道冲刷、江湖关系、蓄泄关系变化新事实及演化规律；采用新的水沙系列，考虑上游水库拦沙作用，科学预估了三峡水库来水来沙、水库泥沙淤积及中下游河道冲淤变化的趋势，为三峡工程运用后长江防洪治理研究提供了新的依据。 （3）科学分析了三峡入库水沙新变化条件下水库调度方式与库容损失、变动回水区的冲淤变化间的联动关系；定量计算了三峡水库泥沙淤积的影响，并提出了应对措施；研究并验证了三峡水库可长期使用的结论。（4）系统分析了三峡工程运用后水沙关系、蓄泄关系、江湖关系新变化对长江中下游防洪的影响，优化了三峡水库防洪调度方式和中下游防洪体系联合调度方案，明确了三峡水库对城陵矶补偿的防洪库容，提出了防洪新形势下的长江中下游河道治理方案以及洞庭湖区和鄱阳湖区防洪综合治理措施。 推广应用情况 出版专著5本；先后发表学术论文135篇，培养了29名博士研究生、24名硕士研究生。项目研究的泥沙干容重、水下休止角、河床理论岸坡、悬移质泥沙与床沙交换模式，以及几何变态与时间变态对河工模型水流运动及河床冲淤相似的影响，极大地丰富了河流泥沙学科的理论内容；开发的整套数学模型已应用于小流域和较大流域的产流产沙模拟、上游干支流新建水库群对三峡水库入库水沙影响的模拟、三峡水库和长江中下游河道湖泊泥沙运动的模拟、长江中下游大范围复杂河网及湖泊的洪水演进模拟、江湖关系变化模拟以及超额洪量时空分布变化的模拟；长江防洪实体模型已应用于荆江河段冲淤变化的试验研究；研制的长江AYX2-1型采样器及改善的观测方法，已应用于三峡水库及中下游河道的泥沙观测，提高了采样精度，解决了悬移质泥沙测验问题；长江中下游干流河道治理对策的研究成果在以荆江河段为重点的长江中下游干流河道治理和航道整治中得到应用并实施；研究提出的长江中下游蓄滞洪区布局调整、长江中下游干流荆江河段河势控制措施、洞庭湖区四口水系优化、鄱阳湖区防洪综合治理措施等已纳入《长江流域综合规划》、《洞庭湖区综合规划》、《鄱阳湖区综合治理规划》等；建立的以实时洪水调度模型为核心的长江中下游实时洪水调度系统已在长江防汛抗旱总指挥部投入试运行；提出的长江中下游遇标准以内和超标准洪水的洪水调度方案，已纳入经国家防汛抗旱总指挥部批复的《长江洪水调度方案》，将成为今后一段时期长江中下游洪水调度的指导性文件；研究提出的三峡水库优化调度方式已纳入国务院批复的《三峡水库优化调度方案》，成功指导了近年三峡水库的防洪调度，产生了巨大的经济、社会和环境效益。