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水 利 学 报

2021 年 1 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 1 期

文章编号：0559-9350（2021）01-0111-09

三峡出库流量日调节模式驱动的重力波问题

纪道斌 ，周哲轩 ，杨忠勇 ，龙良红 ，王耀耀 1
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1，2
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（1. 三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 443002；
2. 三峡大学 三峡水库生态系统湖北省野外科学观测研究站，湖北 宜昌 443002）
摘要：受三峡电站昼夜发电负荷不均的影响，三峡出库流量呈显著的日调节模式，驱动坝前水位以重力波形式在
库区传播，对水库水动力特征产生着影响，但针对该重力波的生成和传播机理仍待研究。文中基于 2018 年 1—10
月三峡水库的出入库流量和库区多个站点上的水位等实测资料，分析了日调节模式下三峡水库坝前重力波的生成
机理及其在库区 430 km 范围内的传播特征。主要研究结论包括：（1）坝前日调节重力波生成时，其振幅与昼夜下
泄水量差成正比，与库区背景水位成反比，文中给出了相应的坝前水位振幅估算公式；（2）在河道底摩擦、断面
形状沿程变化、干支流入流等多方面因素影响下，日调节重力波在坝前 430 km 范围内，其振幅呈现先减小后增
大的趋势，其滞后相位沿程逐渐增加，且振幅和相位沿程变化特征受库区背景水位影响显著。
关键词：三峡水库；流量调节；重力波；沿程传播
中图分类号：TV131.3 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20200407

1 研究背景

为满足调节洪水、蓄能发电、开发航运等需要，世界各大流域大都建有梯级水库 ［1-2］ 。梯级水库
中，电站昼夜发电负荷不均会导致出库流量过程不稳定，进而驱动坝前水位的周期性波动，并以重
［3］
力波形式沿河道传播 。库区重力波的形成和传播会对干支流水体产生扰动作用，使得原本被大坝拦
［4］
住而动力显著降低的水体湍动作用增强 ，混合层深度增大，水体滞留时间缩短，垂向分层状态减
弱，使水体中的营养盐得到稀释和降解，从而影响干支流的藻类水华生长 ［5-7］ 。因此，有必要针对大
坝出库流量周期性调节驱动的重力波特征开展研究。
针对三峡大坝流量日调节驱动的水位波动，目前大部分研究集中在其对下游河道的影响上，例
如两坝间（三峡大坝与葛洲坝）的水位和流量波动特征，及其对航运安全和发电效率等造成的影响 ［8-9］ ，
［3］
而对上游三峡库区的影响研究成果还相对较少。Long 等 对坝前水位进行滤波分析表明，三峡大坝
的日调节流量过程所驱动的水位波动振幅在 0.1 m 左右，而该水位波动传至库区支流香溪河（距离大
坝 34 km）时，能够以正压波的形式驱动整个支流水体做高频（2 h）往返运动，其流速大小甚至强过此
前人们一直重点关注的重力环流 ［10-12］ 。这种支流水体的高频波动可增加水体的垂向交换过程，从而在
一定程度上控制支流的富营养化特征甚至是水华生消模式，从而改善水质 ［13-14］ 。另外，库区重力波沿
河道及支流传播过程中，会周期性地改变河床沉积物-水界面的剪切应力，从而加速沉积物的垂向输
移和水库温室气体的释放 ［15-16］ 。
以上分析可知，相关已有成果大都集中在水位波动对水环境的影响上，而且主要关注点在水体

收稿日期：2020-06-08；网络首发时间：2020-10-26
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20201023.1040.001.html
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基金项目：国家自然科学基金项目（91647207，52079069，51779128，51879099）；国家留学基金委访问学者项目
作者简介：纪道斌（1981-），博士，副教授，主要从事生态水利学研究。E-mail：dbji01101@163.com
通讯作者：杨忠勇（1984-），博士，副教授，主要从事梯级水库水动力与水环境过程研究。E-mail：ayong0710@163.com
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