三峽庫區(qū)回水變動區(qū)水位流量關(guān)系分析

郭義浩

摘 要：本文以寸灘水文站實測流量、水位和三峽壩前水位統(tǒng)計資料，分析了壩前水位對寸灘水文站影響的臨界水位，采用分段流量法進行多項式擬合，獲得三峽成庫后寸灘水文站水位流量關(guān)系方程，與實測值檢驗表明，該方法精度較高，可推廣應用于類似水文站。

關(guān)鍵詞：水位流量關(guān)系 繩套曲線 三峽水庫 回水變動區(qū)

水位流量關(guān)系曲線是用來描述測站處基本斷面的水位與通過該斷面的流量兩者之間關(guān)系的曲線，水位流量關(guān)系是水電、防洪、航運等工程設計的基礎數(shù)據(jù)。水庫蓄水后，將改變河流原有的水文水力特性，進而改變整個系統(tǒng)的物質(zhì)場和能量場，原來天然河流單一的水位流量關(guān)系曲線變成復雜的繩套型曲線，正確確定兩者關(guān)系是一個難點，眾多學者從水位流量關(guān)系變化的原因、水位關(guān)系曲線擬合、資料整編等方面進行了廣泛的研究，取了一定的成果。

2003年6月，三峽工程開始蓄水以來，經(jīng)過了135m-139m、144m-156m調(diào)度運行階段，于2008年9月底進入了175-145-155m實驗性蓄水階段，并與2010年10月26日首次蓄水至175m。受壩前水位變化影響，非汛期175m水位回水末端到達江津附近的紅花磧，汛期145m水位回水末端位于長壽附近。長壽至江津段航道成為回水變動區(qū)，同時具有水庫和天然航道的雙重特性，水位流量關(guān)系復雜，給航道的日常維護管理以及航道整治帶來了新的問題，急需確定三峽成庫后新的水位流量關(guān)系。本文擬從寸灘水文站實測水位、流量及壩前水位資料出發(fā)，分析確定三峽庫區(qū)回水變動區(qū)水位流量關(guān)系，用于指導工程實踐。此方法可推廣應于類似水文站。

三峽壩前調(diào)度曲線

三峽工程初步設計擬定的三峽水庫正常調(diào)度方式為（圖1）：汛期6～9月一般按防洪限制水位運行；10月初開始蓄水，至10月底蓄至正常水位；一般情況下，1～4月為水庫消落期，庫水位不低于枯水期消落低水位，5月底庫水位消落至枯水期消落低水位，6月上旬末庫水位降至防洪限制水位。與2011-2012年的實際壩前水位過程相比，原初步設計與實際調(diào)度方式差異較大。

根據(jù)《三峽水庫優(yōu)化調(diào)度方案》和國家防總的批復以及考慮到2011年和2012年的實際調(diào)度曲線，確定選用防總2012批復方案。主要時間、水位節(jié)點見表1。

寸灘水文站水位流量關(guān)系

1、三峽成庫前寸灘水位流量關(guān)系

三峽工程2008年蓄水后才對寸灘水位流量關(guān)系產(chǎn)生影響，所以選用1985～2007年的實測水位、流量資料以及1955～2007年的大流量資料，繪制了成庫前寸灘水位～流量關(guān)系曲線（圖2）。為了方便計算和使用，采用6次多項式分段擬合如下：

QT<10000m3/s：

■（1）

QT=10000～60000m3/s：

■ （2）

Q>60000m3/s：

■ （3）

2、三峽壩前對寸灘水位流量關(guān)系產(chǎn)生影響的臨界水位

首先定義：寸灘水位庫后壅高■（ZT3為三峽成庫后某流量的寸灘站水位，ZT0為三峽成庫前同流量的寸灘站水位，由上式計算而得）。圖3是根據(jù)2008.1.1至2012.5.31實測的寸灘站日均水位、三峽壩前水位以及計算的■繪制而得。

從圖3明顯可以看出，當壩前水位ZT3<156m時，■集中在0m附近。這說明壩前水位ZT3<156m時，壩前蓄水對寸灘站水位～流量關(guān)系基本無影響。因此可認為壩前水位Z3=156m為三峽蓄水對寸灘水位～流量有無影響的臨界水位（寸灘歷年最低水位為158.21m，2008年后最小流量2270m3/s對應的天然水位約158.72m），當ZT3<156m時，寸灘水位～流量關(guān)系仍保持為成庫前的天然狀態(tài)。根據(jù)2008.6.1～ 2012.5.31三年資料統(tǒng)計，壩前水位低于155m、156m、157m、158m的分別占34.8%、38.01%、40.43%、42.23%；壩前水位低于同流量下寸灘天然水位的占51.07%。

3、三峽成庫后寸灘水位流量關(guān)系

前面已分析，當壩前水位ZT3<156m時，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ZT3>156m后，關(guān)系成繩套形式（圖3），難以直接表達。通過分析，可采用圖4的分流量段進行擬合查取。

為了方便計算使用，再設■=壩前水位ZT3-同流量的寸灘天然水位ZT0，■=成庫后寸灘水位ZT3-壩前水位Z3，建立如下多項式：

QT≤5000m3/s、■≥-4m：

■ （4）

QT=10000～15000m3/s、■=-10～12m：

■（5）

QT=15000～20000m3/s、■=-10～9m：

■

QT>20000m3/s、■<0m：

■（7）

QT=5000～10000m3/s：按式（4）和（5）計算后根據(jù)流量直線內(nèi)插。

4、擬合成果檢驗

根據(jù)式（1）～（7）計算的水位與寸灘實測水位比較（圖5），可以看出二者符合較好。

結(jié)語

水位流量關(guān)系是水電、防洪、航運等工程設計的基礎數(shù)據(jù)。三峽正常蓄水后，長壽至江津段航道成為回水變動區(qū)，水位流量成繩套形，本文以寸灘水文站實測流量、水位和三峽壩前水位統(tǒng)計資料，分析了壩前水位對寸灘水文站影響的臨界水位，采用分流量段法進行多項式擬合，獲得寸灘水文站水位流量關(guān)系方程，與實測值檢驗表明，該方法精度較高，可推廣應用于類似水文站。

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本文受長江重慶航道局自主科技項目——三峽庫區(qū)回水變動區(qū)長壽-洛磧河段水沙特性數(shù)值模擬（合同號：201330302）研究資助。endprint