Абстрактный
Проблема стока и наносов является одним из ключевых факторов, влияющих на диспетчеризацию и срок службы проекта «Три ущелья» (ТУ). Для исследования проблем стока и наносов на ТУ на этапах его демонстрации, планирования, проектирования, строительства и эксплуатации были использованы различные подходы, и получены важные результаты. Для понимания прогресса в измерении стока и наносов в представительных проектах Китая и опыта наблюдения за наносами в сверхкрупных водохранилищах, в данной статье в основном рассматриваются измерения стока и наносов на ТУ. Рассматривается общая ситуация с ТУ, распределение сети гидрологических станций, факторы измерения, новые технологии измерения, а также изменения наносов в водохранилище и ниже по течению после заполнения ТУ. Результаты измерений наносов показывают, что основная ситуация с наносами благоприятная, и эти проблемы могут накапливаться, развиваться и трансформироваться с течением времени, поэтому им следует уделять постоянное внимание.
1 ВВЕДЕНИЕ
Проект «Три ущелья» (ТУ) — крупнейший в мире проект по сохранению водных ресурсов и гидроэнергетике. Плотина расположена в Сандоупине, город Ичан, провинция Хубэй, и является разделительной линией между средним и верхним течением основного русла реки Янцзы. Она контролирует водосборный бассейн площадью 1 миллион км², а среднегодовой объем стока достигает 451 000 миллионов м³. Благодаря водохранилищу объемом 22,15 миллиарда кубических метров, проект играет важную роль в борьбе с наводнениями в бассейне реки Янцзы. При нормальном уровне заполнения водохранилища 175 м, его общий объем составляет 39 300 м³, из которых 22 150 миллионов м³ — это водохранилище, предназначенное для борьбы с наводнениями. Развитие ТУ направлено на предотвращение наводнений, выработку электроэнергии и улучшение водного транспорта. Проект также улучшит экологическую обстановку. За этот период были достигнуты комплексные преимущества в области борьбы с наводнениями, судоходства, выработки электроэнергии и использования водных ресурсов.
Являясь ключевым элементом системы защиты от наводнений в среднем и нижнем течении реки Янцзы, плотина ТГП контролирует 96% притока в реку Цзинцзян, наиболее опасный участок реки во время наводнений, и более двух третей притока в Ухань. ТГП играет незаменимую роль в смягчении последствий наводнений и снижении масштабов паводков в верхнем течении Янцзы. К концу августа плотина удерживала 180 миллиардов кубических метров воды в сезоны наводнений. В 2010 и 2012 годах приток воды превышал 70 000 кубических метров в секунду, что снизило пиковые значения наводнений примерно на 40%, значительно уменьшив нагрузку на системы защиты от наводнений в низовьях реки. В засушливые сезоны расход воды увеличивался до более чем 5500 кубических метров в секунду, обеспечивая более 20 миллиардов кубических метров воды в год для среднего и нижнего течения реки Янцзы.
Прототипные наблюдения проводились для обеспечения исследований наносов, строительства и эксплуатации ТГП в разные периоды. Прототипные измерения использовались для анализа изменений стока и наносной нагрузки в главном русле реки Янцзы, а также изменений и эволюции русла. Распределение участков показано на рисунке 1. Текущие результаты наблюдений в основном соответствуют этапу технико-экономического обоснования (Лу и Хуан, 2013), но из-за уменьшения количества наносов в верховьях и строительства каскадных водохранилищ на реке Цзиньша после 1990-х годов, заиливание в водохранилище «Три ущелья» (ТГР) значительно уменьшилось, что привело к большей интенсивности и протяженности эрозии русла реки ниже по течению от ТГП.
2. СИСТЕМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ ГИДРОЛОГИЧЕСКОЙ СЕТИ
Для сбора базовых данных и предоставления услуг для строительства гидротехнических сооружений в бассейне реки Янцзы, Комиссия по водным ресурсам реки Янцзы с 1950-х годов постепенно создала большое количество гидрологических станций вдоль основного русла и притоков реки Янцзы. К 1990-м годам была в основном сформирована полная сеть гидрологических станций и сеть мониторинга наносов. Она включает 118 гидрологических станций и более 350 измерительных станций. Кроме того, был выполнен большой объем работ по обследованию реки и анализу наносов. Данные гидрологических и наносных наблюдений за последние десятилетия и несколько поколений послужили научной основой для демонстрации, проектирования, строительства и эксплуатации ТГП (Транзилловой гидроэлектростанции).
Прототип наблюдений был создан для обеспечения исследований наносов, строительства и эксплуатации ТГП в разные периоды. После начала заполнения водохранилища в 2003 году проблема наносов возникла как в верхнем, так и в нижнем течении, и прототип наблюдений и соответствующие исследования наносов были проведены для непосредственного обеспечения эксплуатации ТГП. Цели наблюдений включают следующие аспекты: освоение фоновых данных о состоянии естественного русла до полного заполнения водохранилища; создание справочной информации для принятия решения о плане поэтапного заполнения водохранилища; мониторинг в реальном времени изменений эрозии и отложений как в верхнем, так и в нижнем течении после заполнения водохранилища и выявление проблем для своевременного принятия мер по их устранению; проверка используемой технологии моделирования и повышение достоверности прогнозирования наносов на ТГП.
Диапазон наблюдений за гидрологическим наносным прототипом включает в себя водохранилище, место строительства плотины и нижнее течение. Начиная с 1949 года, на основе многолетних измерений наносов, наблюдений за руслом реки, а также разведочных и исследовательских работ, было накоплено множество данных наблюдений за прототипом и результатов анализа, что отвечает потребностям планирования, проектирования и научных исследований на этапе определения параметров. Этап строительства является промежуточным этапом после подготовительного этапа, а общий период строительства составляет 17 лет, поэтому необходимо постоянно наблюдать за изменениями стока, наносов и граничных условий. Это обеспечивает основу не только для проектирования, научных исследований, строительства и эксплуатации, но и для проверки и оптимизации проекта и регулирования.
К основным факторам мониторинга относятся гидрология, наносы и рельеф русла. Обследование рельефа русла в основном направлено на определение закономерностей эволюции русла в исходном состоянии, отложения наносов в водохранилище, эрозии ниже по течению и эволюции ключевых участков после заполнения водохранилища ТГП.
2. СИСТЕМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ ГИДРОЛОГИЧЕСКОЙ СЕТИ
Для сбора базовых данных и предоставления услуг для строительства гидротехнических сооружений в бассейне реки Янцзы, Комиссия по водным ресурсам реки Янцзы с 1950-х годов постепенно создала большое количество гидрологических станций вдоль основного русла и притоков реки Янцзы. К 1990-м годам была в основном сформирована полная сеть гидрологических станций и сеть мониторинга наносов. Она включает 118 гидрологических станций и более 350 измерительных станций. Кроме того, был выполнен большой объем работ по обследованию реки и анализу наносов. Данные гидрологических и наносных наблюдений за последние десятилетия и несколько поколений послужили научной основой для демонстрации, проектирования, строительства и эксплуатации ТГП (Транзилловой гидроэлектростанции).
Прототип наблюдений был создан для обеспечения исследований наносов, строительства и эксплуатации ТГП в разные периоды. После начала заполнения водохранилища в 2003 году проблема наносов возникла как в верхнем, так и в нижнем течении, и прототип наблюдений и соответствующие исследования наносов были проведены для непосредственного обеспечения эксплуатации ТГП. Цели наблюдений включают следующие аспекты: освоение фоновых данных о состоянии естественного русла до полного заполнения водохранилища; создание справочной информации для принятия решения о плане поэтапного заполнения водохранилища; мониторинг в реальном времени изменений эрозии и отложений как в верхнем, так и в нижнем течении после заполнения водохранилища и выявление проблем для своевременного принятия мер по их устранению; проверка используемой технологии моделирования и повышение достоверности прогнозирования наносов на ТГП.
Диапазон наблюдений за гидрологическим наносным прототипом включает в себя водохранилище, место строительства плотины и нижнее течение. Начиная с 1949 года, на основе многолетних измерений наносов, наблюдений за руслом реки, а также разведочных и исследовательских работ, было накоплено множество данных наблюдений за прототипом и результатов анализа, что отвечает потребностям планирования, проектирования и научных исследований на этапе определения параметров. Этап строительства является промежуточным этапом после подготовительного этапа, а общий период строительства составляет 17 лет, поэтому необходимо постоянно наблюдать за изменениями стока, наносов и граничных условий. Это обеспечивает основу не только для проектирования, научных исследований, строительства и эксплуатации, но и для проверки и оптимизации проекта и регулирования.
К основным факторам мониторинга относятся гидрология, наносы и рельеф русла. Обследование рельефа русла в основном направлено на определение закономерностей эволюции русла в исходном состоянии, отложения наносов в водохранилище, эрозии ниже по течению и эволюции ключевых участков после заполнения водохранилища ТГП.
Радарный датчик уровня воды и скорости потока предназначен для использования в таких условиях, как плотины, открытые каналы и подземные трубопроводные сети; он может отслеживать данные в режиме реального времени.
Дата публикации: 04.11.2024