長(zhǎng)江是我國(guó)第一大河,流域廣闊、水系發(fā)達(dá),在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展格局中具有重要的戰(zhàn)略地位。近20年來(lái),隨著流域內(nèi)諸多大型水庫(kù)及水庫(kù)群的相繼建成和運(yùn)行,河流徑流與懸沙濃度等基本的水沙環(huán)境條件發(fā)生了顯著的改變。大型水庫(kù)等人類活動(dòng)影響下長(zhǎng)江水沙環(huán)境的變化是一個(gè)綜合性問(wèn)題,其中包括河流水流輸運(yùn)作用的改變、懸沙特征的變化以及河口感潮河段的徑流潮汐相互作用、泥沙運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力地貌等重要過(guò)程的調(diào)整,而全球氣候變化進(jìn)一步增加了這一問(wèn)題的復(fù)雜性。水沙環(huán)境是影響水生生態(tài)環(huán)境的重要條件,影響甚至決定著河流的基礎(chǔ)理化指標(biāo)、生物化學(xué)過(guò)程、水生動(dòng)植物的生長(zhǎng)繁衍,對(duì)整個(gè)河流生態(tài)系統(tǒng)起著重要的調(diào)控作用。自2010年以來(lái),三峽工程已按正常蓄水位運(yùn)行了10余年,上游金沙江梯級(jí)水庫(kù)也陸續(xù)投入運(yùn)行,基于運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)際情況,針對(duì)水沙環(huán)境等基礎(chǔ)問(wèn)題進(jìn)行深入研究是科學(xué)保護(hù)長(zhǎng)江和優(yōu)化水庫(kù)調(diào)控的重要前提。本書基于長(zhǎng)序列水沙實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),結(jié)合理論分析、模型開發(fā)、數(shù)值模擬等手段系統(tǒng)性地研究了長(zhǎng)江干流從三峽水庫(kù)到河口感潮河段的水動(dòng)力過(guò)程、懸沙變化特征、響應(yīng)機(jī)理及其發(fā)展趨勢(shì)。研究成果可以豐富和發(fā)展人類活動(dòng)影響對(duì)河流水庫(kù)河口系統(tǒng)的水、沙演變規(guī)律的認(rèn)識(shí),同時(shí)為長(zhǎng)江大保護(hù)、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展、長(zhǎng)三角一體化等國(guó)家戰(zhàn)略的實(shí)施提供重要的科技支撐。本書是在系列項(xiàng)目科研成果的基礎(chǔ)上總結(jié)提煉而成的,全書共分6章,各章主要內(nèi)容簡(jiǎn)述如下:
第1章緒論,主要介紹了本書的研究背景,簡(jiǎn)述了長(zhǎng)江流域與流域內(nèi)大型水庫(kù)修建狀況,綜述分析了國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀與不足,最后提出了本書主要的研究?jī)?nèi)容。
第2章三峽水庫(kù)運(yùn)行對(duì)長(zhǎng)江干流水體輸運(yùn)時(shí)間的影響,建立了長(zhǎng)江干流水動(dòng)力和水齡模型,模擬量化了干流水體輸運(yùn)的時(shí)間尺度,評(píng)估分析了三峽水庫(kù)的影響。
第3章水庫(kù)影響下長(zhǎng)江干流懸沙濃度變化分析,基于實(shí)測(cè)水沙資料重構(gòu)和半經(jīng)驗(yàn)半理論分析方法,揭示了長(zhǎng)江干流懸沙濃度系統(tǒng)性時(shí)空變化特征,建立了干流懸沙濃度預(yù)測(cè)模型,揭示了未來(lái)兩湖和長(zhǎng)江干流懸沙交換關(guān)系及入海懸沙濃度的變化趨勢(shì)。
第4章長(zhǎng)江感潮河段水動(dòng)力過(guò)程及其對(duì)水庫(kù)運(yùn)行的響應(yīng),基于數(shù)學(xué)模型計(jì)算和理論分析,揭示了長(zhǎng)江感潮河段季節(jié)性分潮傳播和流速轉(zhuǎn)向點(diǎn)的多時(shí)空尺度變化規(guī)律,評(píng)估了水庫(kù)調(diào)蓄影響下河道潮波傳播和潮流轉(zhuǎn)向的變化特征。
第5章長(zhǎng)江感潮河段泥沙輸運(yùn)特征與地貌演變,探討了長(zhǎng)江感潮河段多時(shí)間尺度下的泥沙動(dòng)力特征與地貌演變機(jī)制,分析了水庫(kù)運(yùn)行對(duì)感潮河段泥沙動(dòng)力地貌的影響,可為感潮河段當(dāng)前的河道保護(hù)治理和中長(zhǎng)期規(guī)劃提供參考。
第6章結(jié)語(yǔ),總結(jié)了本書的主要結(jié)論,提出了對(duì)未來(lái)研究的展望。
本書第1章由孫健、張帆一、袁冰、林斌良、蕭子鈞撰寫,第2章由孫健、蕭子鈞、袁冰撰寫,第3章由張帆一、孫健、林斌良撰寫,第4章由張帆一、孫健、林斌良撰寫,第5章由袁冰、張帆一、孫健撰寫,第6章由袁冰、孫健、張帆一、林斌良撰寫。全書由孫健、張帆一統(tǒng)稿。
本書成果得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目課題大型水庫(kù)影響下河流水文泥沙動(dòng)力過(guò)程與水沙輸運(yùn)通量變化(2016YFA0600901)、政府間國(guó)際科技創(chuàng)新合作重點(diǎn)專項(xiàng)應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)型中的河口三角洲(2016YFE0133700)、水利部推廣應(yīng)用項(xiàng)目長(zhǎng)江中下游沖刷條件下沿江重大涉水工程疊加影響與對(duì)策(Sq221001)、南京水利科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金青年基金項(xiàng)目近期長(zhǎng)江感潮河段潮波傳播特征變化研究(Y221003)的資助,在此表示誠(chéng)摯的感謝!
本書編寫過(guò)程中,得到了武漢大學(xué)張小峰教授、夏軍強(qiáng)教授,中國(guó)海洋大學(xué)楊作升教授、王厚杰教授,華東師范大學(xué)楊世倫教授、何青教授,南京水利科學(xué)研究院夏云峰教高、聞云呈教高的支持和指導(dǎo),在研究成果評(píng)審過(guò)程中專家提出了很多有價(jià)值的建議,在此一并表示感謝!
限于編寫人員的水平,書中疏漏和不妥之處敬請(qǐng)指正。
作者
2022年8月于北京
第1章緒論
1.1水庫(kù)建設(shè)與河流水沙環(huán)境變化概況
1.2長(zhǎng)江流域及水庫(kù)修建概況
1.2.1長(zhǎng)江流域概況
1.2.2流域大型水庫(kù)群運(yùn)行概況
1.2.3長(zhǎng)江口與感潮河段概況
1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.3.1水庫(kù)修建對(duì)河流水體輸運(yùn)時(shí)間的影響
1.3.2水庫(kù)影響河流懸沙輸運(yùn)特征的研究
1.3.3感潮河段的水沙運(yùn)動(dòng)對(duì)水庫(kù)運(yùn)行響應(yīng)的研究
1.3.4水庫(kù)作用下感潮河段地貌演變研究
1.4本書主要內(nèi)容
參考文獻(xiàn)
第2章三峽水庫(kù)運(yùn)行對(duì)長(zhǎng)江干流水體輸運(yùn)時(shí)間的影響
2.1長(zhǎng)江干流水動(dòng)力水齡模型
2.1.1長(zhǎng)江干流水動(dòng)力模型
2.1.2長(zhǎng)江干流水齡模型
2.1.3滯留時(shí)間
2.2水齡季節(jié)變化特征及其對(duì)水庫(kù)運(yùn)行的響應(yīng)
2.3水齡縱向分布特征及其對(duì)水庫(kù)運(yùn)行的響應(yīng)
2.4三峽庫(kù)區(qū)動(dòng)態(tài)滯留時(shí)間和水力滯留時(shí)間對(duì)比
2.5不同子河段的滯留時(shí)間
2.6理想河道型水庫(kù)的水齡和滯留時(shí)間分析
2.7本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第3章水庫(kù)影響下長(zhǎng)江干流懸沙濃度變化分析
3.1干流懸沙濃度沿程分布的重構(gòu)方法
3.2長(zhǎng)江干流懸沙濃度的時(shí)空分布格局
3.2.1長(zhǎng)江干流徑流量時(shí)空變化
3.2.2長(zhǎng)江干支流懸沙濃度的時(shí)間變化分析
3.2.3長(zhǎng)江干流懸沙濃度的沿程分布
3.3人類活動(dòng)對(duì)長(zhǎng)江干支流懸沙濃度變化的影響
3.3.1雙累積曲線法評(píng)估人類活動(dòng)的影響
3.3.2人類活動(dòng)對(duì)長(zhǎng)江懸沙濃度的影響評(píng)價(jià)
3.4流域主要沙源因子對(duì)干流懸沙濃度相對(duì)貢獻(xiàn)率的變化
3.4.1沙源因子相對(duì)貢獻(xiàn)率的定義
3.4.2水庫(kù)運(yùn)行前后主要沙源因子對(duì)干流懸沙濃度貢獻(xiàn)率分析
3.5長(zhǎng)江中下游兩湖相對(duì)貢獻(xiàn)率和入海懸沙濃度變化預(yù)測(cè)分析
3.5.1水庫(kù)下游宜昌城陵磯河段懸沙濃度沿程恢復(fù)模型
3.5.2上游水庫(kù)淤積和城陵磯大通河段懸沙濃度變化經(jīng)驗(yàn)
模型
3.5.3兩湖對(duì)干流懸沙濃度相對(duì)貢獻(xiàn)率的變化趨勢(shì)分析
3.5.4大通站的年平均懸沙濃度變化趨勢(shì)分析
3.6三峽水庫(kù)蓄水前后干支流懸沙中值粒徑變化
3.7本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第4章長(zhǎng)江感潮河段水動(dòng)力過(guò)程及其對(duì)水庫(kù)運(yùn)行的響應(yīng)
4.1長(zhǎng)江口潮汐水流數(shù)學(xué)模型
4.2長(zhǎng)江感潮河段分潮傳播過(guò)程
4.2.1近岸海域8個(gè)主要分潮的數(shù)值模擬
4.2.2感潮河段水位的年內(nèi)時(shí)空變化
4.2.3洪季感潮河段各分潮振幅的沿程分布
4.2.4洪季和枯季感潮河段各分潮傳播過(guò)程的比較
4.3感潮河段流速轉(zhuǎn)向點(diǎn)的時(shí)空分布
4.3.1感潮河段斷面流量的沿程分布
4.3.2流速轉(zhuǎn)向點(diǎn)的隨潮移動(dòng)規(guī)律
4.3.3流速轉(zhuǎn)向點(diǎn)的季節(jié)性變化過(guò)程
4.3.4轉(zhuǎn)向點(diǎn)位置和數(shù)量的理論分析
4.3.5長(zhǎng)江感潮河段潮流界的多時(shí)間尺度變化分析
4.4感潮河段水動(dòng)力過(guò)程對(duì)水庫(kù)運(yùn)行的響應(yīng)
4.4.1水庫(kù)蓄水影響下的分潮振幅變化
4.4.2水庫(kù)運(yùn)行影響下的流速轉(zhuǎn)向過(guò)程變化
4.5本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第5章長(zhǎng)江感潮河段泥沙輸運(yùn)特征與地貌演變
5.1數(shù)據(jù)資料與基本方法
5.1.1長(zhǎng)江感潮河段泥沙數(shù)學(xué)模型
5.1.2長(zhǎng)江感潮河段數(shù)字高程模型建立及分析方法
5.1.3感潮河段地貌演變概化數(shù)學(xué)模型
5.2感潮河段年內(nèi)懸沙濃度分布對(duì)水庫(kù)運(yùn)行的響應(yīng)
5.2.1感潮河段年內(nèi)懸沙濃度隨潮變化分析
5.2.2水庫(kù)運(yùn)行前后大通站入海水沙條件變化情況
5.2.3水庫(kù)運(yùn)行前后感潮河段懸沙濃度變化
5.3感潮河段年代際泥沙收支平衡與地形演變
5.3.1長(zhǎng)江感潮河段年代際泥沙收支平衡計(jì)算
5.3.2河道地貌年代際變化綜合分析
5.3.3長(zhǎng)江感潮河段年代際地貌變化原因分析
5.3.4全球感潮河段對(duì)比分析
5.4來(lái)沙減少和海平面上升作用下感潮河段長(zhǎng)期地形演變
5.4.1來(lái)沙減少對(duì)感潮河段地貌的長(zhǎng)期影響
5.4.2海平面上升對(duì)感潮河段地貌的長(zhǎng)期影響
5.4.3潮汐幅值、徑流、粒徑及輸沙公式敏感性分析
5.4.4一維感潮河段的平衡態(tài)過(guò)渡機(jī)理
5.4.5長(zhǎng)江口實(shí)際地貌演變模擬與分析
5.4.6模型局限分析
5.5本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第6章結(jié)語(yǔ)
6.1主要結(jié)論
6.2啟示與展望