重大水利工程运用对下游区域防洪影响综合评价研究——以三峡-鄱阳湖系统为例

我国在大江大河水资源开发利用中逐渐形成了在中上游兴建控制性的大型水库（群）、行蓄洪区，下游修筑堤防的水利工程格局。大型水库的运行人为地改变了上下游区域水文过程的时空组成，进而对下游区的防洪、供水、生态环境等产生影响，对这种影响的科学评价不仅是工程建设与管理实际工作关心的问题，其中蕴含的诸多科学技术难题，也是当今国内外水科学研究的热点。本项申请以"三峡－鄱阳湖"构成的水系统为例，研究其中的防洪问题。以三峡水库运行是否增加鄱阳湖区及尾闾区间堤防失事破坏风险率为切入点，探讨重大工程运用对下游区域防洪的综合影响。通过对水文多变量联合分布估计、堤防失事破坏模式分析、渗流形成机理物理试验及管涌发展过程数值模拟、风险因子不确定性描述及风险率综合计算等关键内容的研究，形成一套评价控制性工程运行对下游区域防洪影响分析的方法体系，不仅 为"后三峡" 评价提供科学依据和理论指导，也为类似的工程实践提供应用范例。

三峡工程的运行对下游区的防洪、供水、生态环境等产生潜在影响，对这种影响的科学评价不仅是工程建设与管理实际工作关心的问题，其中蕴含的诸多科学技术难题，也是水科学研究的热点。本基金课题以三峡水库运行是否增加鄱阳湖区及尾闾区间堤防失事破坏风险率为切入点，探讨重大工程运用对下游区域防洪的综合影响。通过对水文多变量联合分布估计、堤防失事破坏模式分析、渗流形成机理物理试验及管涌发展过程数值模拟、风险因子不确定性描述及风险率综合计算等关键内容的研究，形成一套评价控制性水利工程运行对下游区域防洪影响分析的技术方法。经过3年的研究，已全面完成了任务书设定的研究内容，达到了预期研究目标。主要取得以下研究成果：（1）在三峡工程运行前后，采用基于Copula函数的多维分布理论对鄱阳湖水位及“五河”水位进行了分析。（2）建立了三向受压状态下砂砾料渗流－侵蚀－应力耦合试验测试系统，进行了三向受压状态下砂砾料渗流－侵蚀－应力耦合的系统试验研究。（3）应用颗粒流运动理论，建立了渗流-侵蚀-应力管涌数学模型。（4）建立了持续高水位作用下堤防饱和非饱和渗流实验模型，开展了堤坝水位骤升骤降饱和-非饱和渗流及降雨入渗坡面流系列模型实验研究；此外，还创新性地提出了以复变函数理论描述复杂地基大变异渗透性的随机渗流问题研究方法，建立了新的偏态分布随机模型。（5）建立基于JC法的防洪堤漫顶条件风险率的计算模型、渗流计算和Monte-Carlo法的防洪堤渗透风险率模型、基于瑞典条分法和Monte-Carlo法的防洪堤失稳失事破坏风险率模型，其中模型中的部分参数结合前述的渗流物理模型试验结果综合确定；分别计算三峡运行前后鄱阳湖区堤防漫顶、渗透、失稳，在此基础上得到综合破坏风险率。研究表明，三峡水库5～6月份预泄，将一定程度抬升鄱阳湖区及尾闾区间水位，水位超过某一量级水位的时间提前、持续天数增加；由漫顶、渗透、失稳所引起的综合失事风险率约为0.83%，属小概率事件。由此说明，三峡水库运行，一定程度抬升湖区水位，但导致堤防失事破坏的风险较小。通过课题研究和各种学术交流，已发表与本项基金相关的学术论文16篇，其中SCI检索5篇、EI检索5篇。研究过程中与国内外同行开展了广泛的学术交流，参加学术会议8次。本基金培养的研究生共8名，其中博士研究生3名，硕士研究生5名。