摘要：三峽水庫試驗(yàn)性蓄水以來，隨著水庫調(diào)度運(yùn)行方式的優(yōu)化及庫區(qū)地形條件的變化，需要在新邊界下實(shí)現(xiàn)對庫區(qū)沿程水面線的精確模擬，為三峽水庫調(diào)度決策提供快速輔助支持。結(jié)合實(shí)測水位-庫容曲線，構(gòu)建了基于庫容實(shí)時校正的三峽庫區(qū)河道一維水動力學(xué)模型，解決了河道大斷面概化無法真實(shí)表征天然河道槽蓄能力的問題，并采用試驗(yàn)性蓄水以來多場洪水實(shí)測水面線過程對模型進(jìn)行率定驗(yàn)證。結(jié)果表明：沿程多站點(diǎn)模擬水位與實(shí)測水位的平均誤差均值為0.21～0.58 m，最高水位誤差均值為0.10～0.29 m，實(shí)現(xiàn)了對三峽庫區(qū)河道不同來水量級及壩前水位高程下沿程水面線的準(zhǔn)確模擬，可為運(yùn)行管理部門的調(diào)度決策提供有效支撐。同時，采用庫容實(shí)時校正技術(shù)可以充分表征庫區(qū)天然河道對沿程水流演進(jìn)的槽蓄作用，提升河道型水庫一維水動力學(xué)模型計(jì)算精度。

關(guān) 鍵 詞：三峽水庫；庫容實(shí)時校正；一維水動力學(xué)模型；水面線

中圖法分類號：TV697.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.12.018

0 引 言

長江流域經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展對三峽水庫防洪、發(fā)電、航運(yùn)、供水、生態(tài)等綜合調(diào)度提出了更高需求。試驗(yàn)性蓄水以來，三峽水庫實(shí)施了汛期運(yùn)行水位上浮運(yùn)用、中小洪水減壓調(diào)度和兼顧城陵磯附近地區(qū)防洪補(bǔ)償調(diào)度等優(yōu)化調(diào)度方式^［1-4］，在積極響應(yīng)流域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求，有效提升三峽水庫綜合效益的同時，水庫汛期和蓄水期的實(shí)際運(yùn)行水位與初步設(shè)計(jì)階段相比也有所抬高。在2009～2022年實(shí)時調(diào)度中，三峽水庫歷年汛期最高調(diào)洪水位基本在150.00 m（資用吳淞，以下無特殊說明均同）以上，且多數(shù)在155.00 m以上，其中2020年汛期最高調(diào)洪水位為167.65 m。三峽水庫汛期和蓄水期實(shí)際運(yùn)行水位的抬高，不僅增加了水庫在遭遇不同頻率洪水時的庫區(qū)淹沒風(fēng)險(xiǎn)，也加大了水庫運(yùn)行管理部門的調(diào)度決策壓力。

除運(yùn)行調(diào)度方式的改變外，三峽水庫蓄水運(yùn)用以來，長江上游干支流梯級水庫群陸續(xù)建成運(yùn)行，明顯地改變了三峽水庫來水來沙條件。2003年6月至2022年12月，三峽水庫淤積泥沙約20.593億t，年均淤積泥沙1.052億t，泥沙淤積主要集中在涪陵以下的常年回水區(qū)。三峽水庫蓄水以來，受上游來水來沙、河道采砂和水庫調(diào)度等影響，變動回水區(qū)總體沖刷^［5-6］。庫區(qū)沿程不同區(qū)域長期沖刷或淤積一定程度上改變了庫區(qū)的河道地形。在保障庫區(qū)安全的前提下，為盡可能提高對不同類型洪水的防洪減壓作用，鑒于三峽水庫現(xiàn)階段調(diào)度運(yùn)行方式的優(yōu)化及庫區(qū)地形條件的變化，亟需實(shí)現(xiàn)對庫區(qū)沿程水面線的精確計(jì)算，以有效支撐運(yùn)行管理部門的調(diào)度決策與三峽工程綜合效益的充分發(fā)揮。

水面線計(jì)算是根據(jù)河道地形、斷面水力參數(shù)及河道糙率，推求河段各斷面在一定流量下的水位，并繪制相應(yīng)流量的水面曲線。在三峽工程的可行性研究階段，主要采用壩址洪水和靜庫容進(jìn)行了回水推算工作，初步設(shè)計(jì)階段復(fù)核了可行性研究階段的成果，并開展了動庫容回水推算工作^［7-8］?？尚行匝芯侩A段和初步設(shè)計(jì)階段庫區(qū)水面線推算是依據(jù)漸變流原理，采用分段穩(wěn)定流的方法進(jìn)行方程的離散，并以試算法進(jìn)行求解，從偏安全的角度計(jì)算了庫區(qū)回水淹沒的上邊界。隨著數(shù)值模擬和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以圣維南方程為基礎(chǔ)進(jìn)行高精度水面線計(jì)算的一維水動力學(xué)模型得到廣泛應(yīng)用^［9-15］。黃仁勇等構(gòu)建了三峽水庫一維水動力學(xué)模型，重點(diǎn)改進(jìn)了區(qū)間入流計(jì)算方法，提高了三峽水庫出庫流量的計(jì)算精度^［16］。肖揚(yáng)帆等基于MIKE11建立了耦合水力學(xué)和產(chǎn)匯流模型的三峽庫區(qū)洪水演進(jìn)模型，研究了庫區(qū)洪水傳播規(guī)律^［17］。

一維水動力學(xué)模型將河道簡單概化為實(shí)測大斷面間的理想棱柱體，可以較好地表征長距離河道內(nèi)水流的傳播特性，但無法反映斷面間的庫灣、河漫灘、峽谷及其他天然河道特征，對理想棱柱體河道與兩岸支岔河灣等不規(guī)則地形間的水流交換也難以進(jìn)行有效模擬^［18-20］。三峽水庫作為典型的峽谷河道型水庫，庫區(qū)內(nèi)支流眾多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，庫段內(nèi)有回水長度1 km以上的支流170余條，各支流回水總長度約1 840 km，極大地影響了干流回水計(jì)算的模擬精度^［21］。但由于計(jì)算量巨大且水文地形資料匱乏，在建模時也難以通過構(gòu)建河網(wǎng)模型的手段對其中存在的水流交換進(jìn)行有效表征。

本文采用三峽庫區(qū)2018年寸灘至壩前的實(shí)測斷面資料構(gòu)建一維水動力學(xué)模型，采用試驗(yàn)性蓄水后的多流量級實(shí)測水面線過程對模型進(jìn)行率定驗(yàn)證。同時，結(jié)合庫區(qū)實(shí)測水位庫容曲線，引入庫容實(shí)時校正技術(shù)解決河道大斷面無法真實(shí)表征河段槽蓄能力的問題，以實(shí)現(xiàn)對三峽水庫庫區(qū)水面線的高精度模擬計(jì)算。

1 三峽庫區(qū)一維水動力學(xué)模型的構(gòu)建

1.1 研究范圍

三峽工程位于長江干流的西陵峽河段，距下游葛洲壩水利樞紐約38 km。三峽大壩建成后，三峽水庫沿干支流延伸呈條帶狀。按照枯水期回水考慮，水庫范圍上自重慶以上的江津，下至壩址三斗坪處，全長600多km，平均寬度1.1 km，是典型的河道型水庫。三峽庫區(qū)內(nèi)壩址至重慶段有21條流域面積1 000 km²以上的支流入?yún)R，主要有嘉陵江、烏江、龍溪河、龍河、小江、湯溪河、磨刀溪、梅溪河、大寧河、沿渡河和香溪河等^［8］。

蓄水運(yùn)用以來，三峽水庫的入庫流量參考站通常為干流寸灘站、烏江武隆站等，尤其是寸灘站的流量已成為三峽水庫調(diào)度的重要參照。寸灘站距三斗坪壩址距離約605 km，完全涵蓋了初步設(shè)計(jì)確定的回水末端位置，本文研究范圍為寸灘至壩址段干流。根據(jù)段內(nèi)支流的分布，將烏江等主要支流納入考量范圍，研究范圍內(nèi)涉及寸灘、武隆、清溪場、長壽、忠縣、萬縣、故陵、奉節(jié)、巫山、巴東（三）、秭歸（三）、太平溪等重要水文（位）站（圖1），可為模型率定和驗(yàn)證提供實(shí)測水位（流量）數(shù)據(jù)。

1.2 控制方程

基于圣維南方程組的一維水動力學(xué)模型：

B?Z/?t+?Q/?x=q（1）

?Q/?t+?/?xQ²/A+gA?Z/?x+Q|Q|/K²=0（2）

式中：t為時間，s；x為沿河道的距離，m；A為過水?dāng)嗝婷娣e，m²；B為斷面的水面寬，m；q為單位長度旁側(cè)入流量，m²/s；g為重力加速度，m/s²；K為流量模數(shù)，m³/s；Z為斷面在時刻t的水位，m；Q為斷面在時刻t的流量，m³/s。

1.3 數(shù)值離散與求解

采用具有較高穩(wěn)定性的Preissmann隱式格式對公式（1）、（2）進(jìn)行數(shù)值離散（網(wǎng)格形式見圖2），在空間和時間上對連續(xù)方程和動量方程進(jìn)行差分處理，采用高效求解的追趕法開展模型的數(shù)值計(jì)算。函數(shù)的差分形式為

f（x，t）=θ/2（fⁿ⁺¹_j+1+fⁿ⁺¹_j）+1-θ/2（fⁿ_j+1+fⁿ_j）（3）

?f/?x=θfⁿ⁺¹_j+1-fⁿ⁺¹_j/Δx+（1-θ）fⁿ_j+1-fⁿ_j/Δx（4）

?f/?t=fⁿ⁺¹_j+1-fⁿ_j+1+fⁿ⁺¹_j-fⁿ_j/2Δt（5）

1.4 邊界條件

模型上邊界為上游寸灘站入庫洪水過程，下邊界為壩前水位過程或出庫流量過程，即根據(jù)給定的壩前水位過程推求下泄流量過程，或根據(jù)大壩下泄流量推求壩前水位變化過程。此外，三峽庫區(qū)主要包括烏江等主要支流及沿程區(qū)間流量的匯入，在模型計(jì)算中依據(jù)動量守恒條件和流量連續(xù)條件對其匯入過程作專門處理。

支流按照集中旁側(cè)入流的形式進(jìn)行處理，根據(jù)河段內(nèi)主要支流的分布情況，模型中重點(diǎn)考慮了木洞河、烏江、龍溪河、渠溪河、龍河、小江、湯溪河、磨刀溪、梅溪河、大寧河、沿渡河和香溪河共12條支流。參考三峽工程初步設(shè)計(jì)階段入庫洪水所采用的河段劃分方式，將三峽庫區(qū)寸灘至壩址河段劃分為寸灘—清溪場、清溪場—忠縣、忠縣—萬縣、萬縣—奉節(jié)、奉節(jié)—巴東、巴東—壩址共6個河段，便于庫區(qū)沿程區(qū)間旁側(cè)入流的分段配置，提高模型計(jì)算精度和穩(wěn)定性。

1.5 庫容校正

一維水動力學(xué)模型以實(shí)測大斷面間的理想棱柱體概化天然河道，無法真實(shí)反映天然河道兩側(cè)不規(guī)則邊界的影響。同時，在河道庫灣與支汊處，還存在較多難以逐一量化或不具備實(shí)測斷面數(shù)據(jù)的微小河流分支。此外，模型采用實(shí)測大斷面間的河段長度與真實(shí)的河段長度也有所差異，在存在連續(xù)彎道的河段，斷面間的河段長度較真實(shí)河段一般偏短。這些因素都會不可避免地對庫區(qū)水面線的模擬計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生影響。在河段開闊處，當(dāng)水位上升時，天然河道中的水量無法流出棱柱體進(jìn)入河道兩側(cè)的庫灣中，導(dǎo)致時段末水位計(jì)算結(jié)果偏高；當(dāng)水位下降時，天然河道兩側(cè)庫灣的水量又無法流入棱柱體中，導(dǎo)致時段末水位計(jì)算結(jié)果偏低。因此，一維水動力學(xué)模型將天然河道概化后，將難以充分反映天然河道的槽蓄作用，如不采取一定的技術(shù)處理，勢必影響水面線模擬計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)而影響水庫防洪調(diào)度決策。尤其對于河道型水庫，其影響更是不可忽視。

本文基于三峽水庫實(shí)測水位-庫容曲線（《三峽（正常運(yùn)行期）—葛洲壩水利樞紐梯級調(diào)度規(guī)程（2019年修訂版）》（水三峽〔2020〕135號），三峽水庫初步設(shè)計(jì)階段采用的1/10 000地形圖量算成果），采用庫容實(shí)時校正技術(shù)對棱柱體概化河段的水量進(jìn)行逐時段修正，解決計(jì)算斷面無法真實(shí)表征河段槽蓄能力的問題。具體步驟如下：

（1）根據(jù)三峽水庫水位庫容曲線與實(shí)測大斷面概化后的理想棱柱體河段庫容曲線之比，計(jì)算不同壩前水位高程下庫容修正系數(shù)f（Z），見圖3。隨著壩前水位的抬升，庫容修正系數(shù)逐步增加。

（2）根據(jù)n時刻的庫區(qū)沿程水面線，計(jì)算n時刻對應(yīng)的棱柱體動庫容V_n和庫容修正系數(shù)f（Z_n）。不考慮庫容修正，計(jì)算n+1時刻的庫區(qū)沿程水面線，為預(yù)估水面線。根據(jù)預(yù)估水面線，計(jì)算n+1時刻對應(yīng)的棱柱體動庫容V_n+1和庫容修正系數(shù)f（Z_n+1）。則n+1時刻的修正水量W_n+1為

W_n+1=f（Z_n+1）V_n+1-f（Z_n）V_i，n-（V_n+1-V_n）（6）

式中：W_n+1大于0則該部分水量從棱柱體流出，小于0則流入棱柱體。

（3）根據(jù)計(jì)算得到的修正水量W_n+1，考慮模型計(jì)算步長、河段里程，將修正水量轉(zhuǎn)化為單位時間、單位河長上的單寬流量q。考慮庫容修正，將單寬流量q作為n時刻庫區(qū)沿程均勻旁側(cè)入流，重新模擬計(jì)算n+1時刻的庫區(qū)沿程水面線，即為校正后的庫區(qū)沿程水面線。

根據(jù)上述流程，采用不同水位下的庫容修正系數(shù)對計(jì)算得到的各時刻“棱柱體”動庫容進(jìn)行修正，并通過修正后庫容差值與“棱柱體”庫容差值重新計(jì)算各時刻的修正水量，盡量減小動庫容計(jì)算中楔形庫容部分對槽蓄量偏差計(jì)算的影響。

2 模型率定與驗(yàn)證

為充分表征三峽庫區(qū)在不同量級來水及壩前水位條件下的庫區(qū)水面線特征，分別選擇三峽水庫試驗(yàn)性蓄水運(yùn)行以來汛期及蓄水期共6場洪水過程對模型進(jìn)行率定驗(yàn)證。模型上邊界為寸灘流量過程，下邊界為三峽水庫出庫流量過程，計(jì)算時間步長為1 h。選擇庫區(qū)沿程寸灘、長壽、清溪場、忠縣、萬縣、奉節(jié)、巫山、巴東、秭歸、鳳凰山共10個重要站點(diǎn)的實(shí)測水位數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行率定驗(yàn)證，各站點(diǎn)模擬誤差R計(jì)算方式如下：

R=（∑T/i=1|Z_sim，i-Z_mea，i|）/T（7）

式中：R為各站點(diǎn)模擬誤差，m；Z_sim，i為各站點(diǎn)在時刻i的模擬水位，m；Z_mea，i為各站點(diǎn)在時刻i的實(shí)測水位，m；T為計(jì)算總時段數(shù)。

2.1 模型率定

采用三峽水庫2012年7月1～31日、2014年9月8日至10月8日兩場實(shí)測來水過程對模型進(jìn)行率定。2012年洪水寸灘平均流量為37 963 m³/s，7月24日洪峰流量達(dá)67 300 m³/s。2014年洪水寸灘平均流量為24 177 m³/s，9月20日洪峰流量達(dá)50 000 m³/s。在模型率定中，重點(diǎn)關(guān)注三峽庫區(qū)重要控制站點(diǎn)在洪水漲水階段水位變化以及洪峰水位，支撐實(shí)時調(diào)度會商決策中三峽庫區(qū)淹沒風(fēng)險(xiǎn)的判斷。不同場次洪水中各站點(diǎn)平均模擬誤差及最高水位模擬誤差見表1，2012年7月洪水過程各站點(diǎn)模擬誤差均值為0.387 m，最高水位模擬誤差均值為0.184 m；2014年9月蓄水過程各站點(diǎn)模擬誤差均值為0.275 m，最高水位模擬誤差均值為0.253 m，淹沒敏感區(qū)域部分站點(diǎn)實(shí)測及模擬水位過程見圖4。

2.2 模型驗(yàn)證

采用2016年7月14日至8月13日、2017年10月1～31日、2020年7月1日至9月1日、2021年9月1日至10月1日4場實(shí)測來水過程對模型進(jìn)行驗(yàn)證。2016年、2017年實(shí)測過程整體來水偏小且較為平緩，寸灘平均流量分別為21 592 m³/s和16 035 m³/s，最大流量分別為29 500 m³/s和23 000 m³/s，對三峽水庫汛期及蓄水期來水較小時的水面線特征具有較好的代表性。2020年洪水為新中國成立以來僅次于1954年、1998年洪水的流域性大洪水，寸灘平均流量31 351 m³/s，最大流量74 600 m³/s。2021年洪水為9月蓄水初期發(fā)生的較大來水過程，寸灘平均流量27 410 m³/s，最大流量46 700 m³/s。2020年及2021年洪水過程對三峽水庫汛期及蓄水期來水較大時的水面線特征具有較好的代表性。不同場次洪水中各站點(diǎn)平均模擬誤差及最高水位模擬誤差見表2，淹沒敏感區(qū)域部分站點(diǎn)實(shí)測及模擬水位過程見圖5。通過圖5和表2可知，模型計(jì)算得到的沿程多站點(diǎn)模擬水位與實(shí)測水位的平均誤差均值為0.21～0.58 m，最高水位誤差為0.10～0.29 m。從各場實(shí)測來水過程的誤差均值來看，整體上模型對三峽庫區(qū)沿程水面線模擬效果良好。

根據(jù)表2的模擬誤差統(tǒng)計(jì)情況，選擇模擬誤差相對較大的2020年洪水過程，以庫區(qū)上游水位變幅較大且防汛較為關(guān)注的寸灘站、長壽站、清溪場站為代表，統(tǒng)計(jì)各站點(diǎn)分別在漲水及退水階段不同水位級下的誤差分布情況，結(jié)果見圖6?？梢钥闯?，各站點(diǎn)漲水段模擬誤差明顯小于退水段模擬誤差，且高水位區(qū)間模擬誤差明顯小于平均誤差。其中，寸灘站、長壽站漲水段在最高水位區(qū)間內(nèi)的平均誤差均小于0.2 m。

因此，從各場次洪水模擬誤差均值及淹沒敏感區(qū)域站點(diǎn)模擬誤差分布情況來看，本文所構(gòu)建的一維水動力學(xué)模型整體模擬效果良好，可對三峽庫區(qū)不同來水及壩前水位組合情況下的沿程水面線實(shí)現(xiàn)精確的模擬計(jì)算。同時，對防汛所關(guān)注的淹沒敏感區(qū)域還可以實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的模擬效果，可有效支撐運(yùn)行管理部門的調(diào)度決策。

3 討 論

為更好地表征三峽庫區(qū)水面線計(jì)算模型的模擬精度以及對不同計(jì)算條件設(shè)置的敏感性，分別從模型的下邊界條件、糙率參數(shù)和庫容實(shí)時校正3個方面對模型的模擬結(jié)果進(jìn)行敏感性分析。

3.1 下邊界條件對模型計(jì)算的影響

一維水動力學(xué)計(jì)算模型可采用壩前水位過程或出庫流量過程作為下邊界條件展開計(jì)算。為使得庫區(qū)水流演進(jìn)更好地滿足水量平衡的要求，前述各場次來水過程的模擬計(jì)算均采用三峽水庫出庫流量作為下邊界。為分析不同下邊界類型對模型計(jì)算結(jié)果的影響，采用三峽水庫壩前水位過程作為下邊界，重新對模型驗(yàn)證時采用的不同場次來水過程進(jìn)行模擬計(jì)算，結(jié)果見表3。

可以看出，采用三峽水庫壩前水位作為下邊界后，不同場次來水過程中多站點(diǎn)平均誤差均值僅為0.07～0.27 m，最高水位誤差均值僅為0.03～0.16 m。與三峽水庫出庫流量下邊界相比，各站點(diǎn)模擬精度大幅提升，平均誤差僅為流量邊界誤差的36%～62%。進(jìn)一步分析，由于出庫流量邊界對庫區(qū)沿程區(qū)間流量的準(zhǔn)確性要求較高，而天然區(qū)間流量往往難以準(zhǔn)確獲取且可信度較低，導(dǎo)致部分場次來水過程流量邊界模擬誤差偏大。因此，在庫區(qū)沿程區(qū)間流量較大時，采用壩前水位邊界可以進(jìn)一步提升模型的計(jì)算精度。

3.2 糙率參數(shù)對模型計(jì)算的影響

一維水動力學(xué)模型中，糙率可以充分反映河道地形對水流演進(jìn)的阻力作用，是模型計(jì)算的關(guān)鍵參數(shù)。結(jié)合三峽水庫河道地形特點(diǎn)，采用縱向分區(qū)、垂向分層的模式給定庫區(qū)沿程不同區(qū)間和水位高程下的糙率參數(shù)，充分刻畫在不同來水量級及水位高程下的三峽庫區(qū)水流演進(jìn)特征，糙率率定結(jié)果見表4。為研究糙率波動對模型計(jì)算結(jié)果的影響，分別將模型率定得到的糙率參數(shù)增加10%和減少10%，對不同場次來水過程重新模擬計(jì)算。選擇2016年7月、2017年10月兩場來水過程，以三峽水庫出庫流量為下邊界條件，統(tǒng)計(jì)不同糙率參數(shù)下的各站點(diǎn)平均模擬誤差，結(jié)果見表5?？梢钥闯?，糙率增加或減少10%會使得模型整體模擬誤差變大，相較于原有糙率的計(jì)算結(jié)果，不同場次來水過程中多站點(diǎn)平均誤差均值增大0.13～0.28 m。在不同站點(diǎn)中，寸灘站、長壽站誤差增大幅度相對較大，寸灘站模擬誤差最大增加1.03 m，可見糙率對于上游站點(diǎn)水位模擬精度影響較大。進(jìn)一步分析，由于庫尾河段河道特性顯著，且模型上下游均采用流量邊界，其水面線變化規(guī)律受水力因子影響較大。綜合來看，若糙率在較小范圍內(nèi)浮動變化，各站點(diǎn)水位模擬誤差僅略微增加，既反映了糙率參數(shù)可以準(zhǔn)確反映庫區(qū)水流演進(jìn)的阻力特征，也表明了糙率參數(shù)在既定區(qū)間內(nèi)微小浮動時計(jì)算結(jié)果的穩(wěn)定性，增強(qiáng)了模型對不同量級來水模擬計(jì)算的適應(yīng)性。

3.3 庫容實(shí)時校正對模型計(jì)算的影響

為評估庫容實(shí)時校正技術(shù)對模型計(jì)算結(jié)果的影響，選擇2016年7月、2017年10月兩場來水過程，以三峽水庫出庫流量為下邊界條件，重新模擬不采用庫容實(shí)時校正技術(shù)的各場次來水過程，對比結(jié)果見表6。

可以看出，若在模型計(jì)算中不對概化后的理想棱柱體進(jìn)行修正處理，整體模擬誤差會大幅增加，相較于采用庫容實(shí)時校正的計(jì)算結(jié)果，各站點(diǎn)平均誤差最大增加3.49 m，最高水位誤差最大增加4.68 m。可見，若不采用庫容實(shí)時校正技術(shù)，理想棱柱體難以完全反映天然河道地形，河道兩側(cè)河灣、支岔等難以精準(zhǔn)量化的區(qū)間旁側(cè)入流會嚴(yán)重影響庫區(qū)水面線計(jì)算的準(zhǔn)確性。在不同站點(diǎn)中，寸灘站、長壽站、清溪場站誤差增加較小，忠縣—壩址各站點(diǎn)最高水位誤差增加2.00 m以上。由此可見，未采用庫容實(shí)時校正技術(shù)時，棱柱體河道水量傳播誤差從河段自上而下進(jìn)行累積影響，對庫區(qū)下游站點(diǎn)模擬精度影響更大。需要說明的是，模型的糙率參數(shù)雖然是在采用庫容實(shí)時校正技術(shù)的基礎(chǔ)上率定得到的，但由于糙率參數(shù)對模型計(jì)算結(jié)果敏感性相對較低，仍可證明采用庫容實(shí)時校正技術(shù)可以充分表征庫區(qū)天然河道對沿程水流演進(jìn)的槽蓄作用，提升河道型水庫一維水動力學(xué)模型計(jì)算精度。

4 結(jié) 論

本文結(jié)合三峽庫區(qū)河道地形特點(diǎn)和實(shí)時調(diào)度需求，充分考慮河道型水庫兩側(cè)支流、河灣等天然河道的槽蓄作用，構(gòu)建了基于庫容實(shí)時校正的三峽庫區(qū)河道一維水動力學(xué)模型。主要結(jié)論如下：

（1）采用汛期及蓄水期共6場實(shí)測來水過程對模型參數(shù)進(jìn)行了率定與驗(yàn)證，沿程多站點(diǎn)模擬水位與實(shí)測水位的平均誤差均值為0.21～0.58 m，最高水位誤差均值為0.10～0.29 m，對三峽水庫在不同調(diào)度運(yùn)行時期、不同壩前水位高程下水面線過程的模擬效果良好。

（2）統(tǒng)計(jì)三峽庫區(qū)各站點(diǎn)在漲水及退水段的誤差分布情況，防汛較為關(guān)注的寸灘站、長壽站、清溪場站漲水段模擬誤差明顯小于退水段模擬誤差，且高水位區(qū)間模擬誤差明顯小于平均誤差，可以實(shí)現(xiàn)對三峽庫區(qū)淹沒敏感區(qū)域的精確模擬，為運(yùn)行管理部門的調(diào)度決策提供有效支撐。

（3）在庫區(qū)沿程區(qū)間流量較大時，采用壩前水位邊界可進(jìn)一步提升模型的計(jì)算精度；模型糙率參數(shù)可以準(zhǔn)確反映庫區(qū)水流演進(jìn)的阻力特征，對不同量級洪水演進(jìn)均具有較好的適應(yīng)性；采用庫容實(shí)時校正技術(shù)可以充分表征庫區(qū)天然河道對沿程水流演進(jìn)的槽蓄作用，進(jìn)一步提升河道型水庫一維水動力學(xué)模型計(jì)算精度。

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（編輯：郭甜甜）

One dimensional hydrodynamic simulation of Three Gorges Reservoir Area

based on real-time reservoir capacity correction

JING Zhu^1，2，MA Haoyu^1，3，LI Xiaonan²，XU Yang^1，3，YANG Yuqi^1，3，LU Jia^1，3

（1.China Yangtze Power Co.，Ltd，Yichang 443002，China； 2.Changjiang Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China； 3.Hubei Key Laboratory of Intelligent Yangtze and Hydroelectric Science，Yichang 443002，China）

Abstract： Since the trial impoundment of the Three Gorges Reservoir，there have been certain changes in the scheduling method and terrain conditions in the reservoir.It is necessary to achieve accurate simulation of the water surface line along the reservoir channel under the new boundaries，providing fast support for the decision-making in operations of Three Gorges Reservoir.A one-dimensional hydrodynamic model of the Three Gorges Reservoir river channel based on real-time reservoir capacity correction technology was established by using the measured capacity curve.It solved the problem of not being able to accurately characterize the storage capacity of natural river channels that were roughly generalized.The model was calibrated and verified by using the measured water level data under multiple flow levels after trial impoundment.The results showed that the average error between the simulated water level and the measured water level at multiple stations was 0.21～0.58m，and the average error of the highest water level was 0.10～0.29m.This can accurately simulate the water surface line under different inflow quantities entering the reservoir and water levels at the dam front，providing effective supports for the scheduling decisions of the operation management department.Meanwhile，real-time capacity correction technology can fully characterize the channel storage effect of natural river channels on water flow evolution，improving the calculation accuracy of one-dimensional hydrodynamic models for river type reservoirs.

Key words： Three Gorges Reservoir；real-time reservoir capacity correction；one-dimensional hydrodynamic model；water surface line