长江城陵矶汇流河段水流运动特性试验研究

荆江与洞庭湖水流在城陵矶汇流河段的水流条件直接影响到上游河段水位变化和洪水传播,关系到荆江河段及洞庭湖的防洪安全,通过长江防洪实体模型试验,分析了不同流量下,荆江与洞庭湖不同汇流比及下游不同水位条件下,江湖汇流处水流特性的变化。研究表明,江湖汇流处水流具有显著的弯道水流特性,两股水流相互顶冲、掺混,流态复杂,水流态势表现出明显的不稳定性。采取措施降低下游水位、合理调度削减洪峰以及避免江湖洪水恶劣遭遇等,可以改善汇流河段水流条件、降低水位,从而有利于上游江湖防洪。     

荆江河段地形变化对洞庭湖水文情势的影响

基于实测数据分析了荆江河段冲淤变化特征,采用数值模拟方法定量分析了三峡水库建库前后荆江河段地形变化对2008—2018年8—11月洞庭湖水文情势的影响。结果表明:荆江河道地形变化导致洞庭湖区8—11月水位下降,地形变化对洞庭湖区水位的影响程度随着与城陵矶距离增加而减弱;荆江河段和三口洪道冲刷下切削弱了长江与洞庭湖的水力联系,导致同样来水条件下荆南四河入湖和城陵矶出湖水量减少,从而间接降低了洞庭湖的调蓄能力;在枝城站来水一定的条件下,荆南四河分流量减少导致沙市—螺山河段的流量增加,同流量下螺山站中低水水位有一定的抬高。     

浅析洞庭湖防洪减灾效益

洞庭湖又称“长江之肾”,是我国最大的调蓄湖泊,为了解决长江流域性的特大洪水,特别是城陵矶河段蓄泄不平衡的矛盾,控制汉口水位不超过29.73m,每到长江主汛期分泄长江超额洪水蓄洪削峰,大大地减轻了长江下游的防洪压力,确保了长江中下游大中城市的防洪安全,防洪减灾效益明显。     

长江中游螺山站'98洪水位偏高原因分析计算

 长江中游螺山站1998年洪水实测洪峰水位比1954年洪水实测洪峰水位偏高1.78 m,经综合分析认为主要有洪水特性差异、54洪水分洪影响、洞庭湖分汇流变化影响、长江干流河道变化影响4个方面的原因。为研究各影响因素对螺山站98洪峰水位偏高的影响程度,建立了一套适用于长江中游河道的洪水演进水动力学数学模型,在“81.7”洪水和98洪水复演计算的基础上,进行了54洪水还原、98洪水演进和54洪水演进计算。计算成果分析表明：由于54洪水分洪使得螺山站54洪峰水位降低了0.83 m（即相当于使得98洪峰水位抬高了0.83 m）,洞庭湖分汇流和长江干流河道变化联合影响引起的螺山站98洪峰水位抬高值为0.74～0.84 m,而仅长江干流河道变化引起的螺山站98洪峰水位抬高值为0.33～0.36 m。     

洞庭湖枢纽调度方案比对分析

城陵矶综合枢纽的运行初步拟定了5个比选调度方案。针对这5个方案,依托长江中下游一二维水沙模型,建立洞庭湖四口河系四水尾闾河网水沙数值模型,对城陵矶建闸及其调度后的影响开展研究。计算结果表明,城陵矶建闸运行后,洞庭湖全湖区域泥沙淤积量随着闸上运用水位的升高而增加,七里山闸下河段泥沙淤积量减少甚至略有冲刷;城陵矶闸上洪峰水位升高0.03~0.05 m,洪峰流量减少142~330 m3/s,汉口站的洪峰水位变化不大,洪峰流量减少93~141 m3/s;如采用优选调度方案3,则洞庭湖24垸分洪量增加0.10亿m3,洪湖分洪区分洪量减少1.40亿m3,武汉附近区和鄱阳湖附近区分洪量分别减少0.94和0.75亿m3。     

遇特大型洪水荆江河段洪水演进特性实体模型试验研究

利用长江防洪实体模型进行了2002年10月地形条件下长江荆江河段遭遇“54年型”和“98年型”特大型洪水时的洪水演进特性实体模型试验研究。研究表明：试验条件下洪峰从枝城传播至监利需14～21 h,平均传播速度3.2～4.8 m/s。当遭遇“54年型”洪水且不考虑三峡水库调蓄时,各站试验洪峰水位与1954年实际洪水相比普遍升高,荆江面临极其严峻的防洪形势,沙市站洪峰水位超过堤防设计水位约 1.60 m,石首、监利和城陵矶等站超过设计堤顶高程达 0.4～1.23 m;考虑三峡水库调蓄后,各站试验洪峰水位较不考虑调蓄情况明显降低,防洪形势有明显缓解,但依然不容乐观,其中沙市站洪峰水位超过堤防设计水位0.30 m,莲花塘站超过设计堤顶高程0.28m。当遭遇“98年型”洪水且不考虑三峡水库调蓄时,各站试验洪峰水位与1998年实际洪水相比普遍升高,荆江防洪形势严峻,其中沙市、石首、监利和莲花塘站分别超出堤防设计水位达1.20,1.25,1.73,1.68 m。     

三峡水库运行以来洞庭湖水文条件变化与对策

为了解三峡水库运行以来洞庭湖区的水文条件变化和影响,利用实测水文地形资料对三口水沙、城陵矶水位变化与湖泊萎缩、三口河系水源不确定性及洞庭湖变化趋势等进行了分析。结果表明:在三峡水库及其上游梯级水库调节下,清水下泄及径流过程的进一步坦化,出现了洪水在城陵矶附近进一步集中、三口河系水资源与水环境的水源缺失的不利影响;未来水情趋势下三口仅松滋口具备不断流条件,洞庭湖主要以西、南、东洞庭湖内深水河道转化为河流形态。为缓解这些变化的影响,可通过湖区防洪工程体系提质改造和区域再划分,以适应城陵矶附近防洪蓄洪的水情变化;通过稳流拓浚,维持三口河系中下游水源条件,以改善该区域水资源水环境;通过城陵矶出口控制调节水位,以维护洞庭湖湖泊水域条件,保障湖泊湿地的生态安全。     

基于改进LSTM模型的三峡水库蓄水对洞庭湖水位影响的空间异质性分析

针对传统的LSTM模型存在网络训练受阻、泛化能力减弱、预测精度和效率较低的问题,从模型结构和参数优选两方面进行改进。结构方面,在LSTM模型前加入具有多层结构的神经网络层;参数优选方面,采用多层网格搜索法选取模型参数。以长江中游典型通江湖泊——洞庭湖不同湖区的水位预测为例,与传统的LSTM模型、BP神经网络及水动力模型相比,改进型LSTM模型平均均方根误差分别减少58.80%、65.95%、44.14%;从预测计算时间来看,改进型LSTM模型所消耗的时间比传统的LSTM模型缩短62.12%,且明显少于水动力模型,总体来看改进型LSTM模型的整体性能优于其他三种模型。将改进型LSTM模型应用到三峡水库蓄水对洞庭湖水位的影响分析上,结果表明：三峡水库运行对洞庭湖不同湖区水位的影响具有明显的空间异质性,城陵矶站受其影响最为显著,其次为东洞庭湖鹿角站和西洞庭湖南咀站,南洞庭湖受影响最小。蓄水期间东洞庭湖城陵矶站水位平均下降0.44 m,最大降幅为1.55 m;鹿角站水位平均下降0.22 m,最大降幅为1.02 m;西洞庭湖南咀站水位平均下降0.27 m,最大降幅为1.28 m;南洞庭湖杨柳潭站...     

洞庭湖区超标准洪水数值模拟研究

洞庭湖区是我国洪涝灾害频发的地区之一，随着近些年来极端天气越来越频繁，研究洞庭湖区在遭遇历史极端洪水下的防洪形势极具现实意义。以1870年、1935年、1954年长江洪水为研究对象，通过建立长江、洞庭湖及蓄滞洪区一二维耦合水动力模型，在现有地形及工程措施条件下，对洞庭湖区的水位及超额洪量进行模拟计算。结果表明：三峡及上游水库群补偿调度条件下，若遭遇1870年、1935年和1954年洪水，荆江附近及城陵矶附近的超额洪量大幅下降，再结合荆江地区及城陵矶附近蓄滞洪区的运用，洞庭湖区可安全度汛。三峡水库调蓄使枝城洪峰流量大幅下降，松滋口、太平口、藕池口（以下称为三口）洪峰流量也随之下降，洞庭湖区各站水位有所降低；蓄滞洪区分洪运用降低了莲花塘水位，荆江水面比降加大，三口洪峰流量进一步下降，受上游来水减少及下游水位降低的影响，湖区水位进一步下降。通过定量预测特大洪水长江中游及洞庭湖区防洪情势，可为洞庭湖治理提供科学依据，为提升湖区防洪减灾管理能力奠定基础。     

长江城陵矶─—汉口河段的冲淤变化及影响分析

通过对长江中游城陵矶至汉口河段冲淤变化的分析，得出了城陵矶至汉口河段在平滩及枯水河槽的多年淤积量，以及河段冲淤量在时间和空间上的分布规律。最后通过河段冲淤对螺山水文站水位流量关系的影响研究，探讨了河段冲淤对长江中游干流洪水水位抬高的影响程度，为弄清长江１９９８ 年洪水水位偏高的原因提出了参考意见     

湘江下游水位变化趋势与河床演变关系研究

湘江为长江中游洞庭湖水系的主要支流,是湖南省最大的河流,认识湘江水位的变化规律和趋势可为湘江流域乃至洞庭湖水系的保护和管理提供依据。利用M-K检验法分析1990-2014年湘江下游水位变化规律,基于实测地形数据分析湘江下游河段河床演变,并探讨湘江下游水位变化与河床演变之间的关系。结果表明:1990-2014年湘江下游年均水位整体呈下降趋势,长沙站、湘阴站和营田站水位均于2011年下降到历史最低点,分别为26. 62、24. 69和24. 42m,枯水期水位下降尤为明显。1990-2014年汛期最高水位呈缓慢下降趋势,枯水期最低水位总体上呈下降趋势,同流量下汛期水位变化不明显,枯水期水位基本上呈降低趋势。1983-2015年典型纵横断面出现2种形式,分别为横向展宽和纵向大幅度刷深,湘江下游河床下切严重,其中铜关滩下切深度达15. 7 m。汛期水位的变化与来水来沙及河床演变有关,枯水期水位下降主要归因于河床下切。     

洞庭湖洪水空间分布和运动特征分析

 鉴于目前仍缺少有关洪水涨落在湖泊中空间分布及其演进的运动特征研究,以1998年洞庭湖洪水事件为例,运用洞庭湖地区水系水动力学模型模拟成果,细致地分析了洞庭湖三大主要湖区的洪水分布形态和运动特征,并对江湖窜流形成进行了初步分析。模拟成果表明：洞庭湖具有“低水河相、高水湖相”的特征;其东、南两个湖区在高洪水位时期湖相特征突出,湖区流向单一,流速不大于0.2 m/s;西洞庭湖区由于各股水流交汇、不同的洪水组合以及出口的制约,致使湖区产生流态复杂、流向不一以及洪峰叠加等现象。       

洞庭湖与三峡工程

三峡水库蓄水运用后,长江与洞庭湖的关系出现了新变化,深入研究江湖变化特性,有利于维护健康长江和洞庭湖防洪、供水与生态安全。辩证论述了洞庭湖在长江流域防洪、水资源利用、中游地区经济发展以及维护生态环境等方面的重要性,同时指出了三峡工程对于保障洞庭湖防洪安全的支撑作用。提出了加紧研究科学调整江湖关系的措施,加强研究三峡及干支流控制性水库群联合调度的方案,强化改善湖区水环境和维护湿地生态系统的管理理念。对于促进洞庭湖区的和谐发展与维护湖区生态安全,具有一定的指导意义。     

洞庭湖洪水及其出路问题

分析洞庭湖的洪水成因、湖区防洪能力、长江与洞庭湖关系的变化等问题,提出以抬高洞庭湖分洪控制水位和使用蓄洪区方式增加洞庭湖区蓄洪能力,解决洞庭湖洪水问题.     

三峡水库蓄水期洞庭湖区水文情势变化研究

洞庭湖湖区的水文情势变化直接影响到区域洪水灾害防治、水资源利用、水环境保护和水生态安全维护,意义重大。基于实测资料分析了三峡水库运行前后洞庭湖区水文情势变化,受三口分流量减少和来水偏枯等综合因素影响,2003～2016年8～11月洞庭湖入、出湖水量较1981～2002年分别减少26%和23. 7%,湖区水位下降0. 76～1. 27 m。建立了长江与洞庭湖一、二维耦合水动力模型,模拟计算了三峡水库蓄水期初设调度方案、优化调度方案和规程调度方案下长江干流及洞庭湖区的水文过程,3种方案对应的城陵矶站蓄水期多年旬平均流量分别减少1 220,928,900 m~3/s,湖区鹿角站蓄水期多年旬平均水位分别降低1. 47,1. 23,1. 20 m。实际调度流量减小812 m~3/s,水位降低1. 14 m,表明实际调度最优。从不同调度方案比较来看,实际调度提前了起蓄时间,减缓了对洞庭湖区水文情势的不利影响。     

利用三峡枢纽下泄"清水"改善洞庭湖和荆江的防洪局面

随着三峡水库蓄水，上游金沙江大型水电枢纽陆续建成，三峡水库将长期下泄含沙量较小的“清水”。含沙量的大量减小使长江中游实质上已成为一务新的冲积河流。“清水”大幅度地冲刷荆江河段，将对荆江堤防、河势、航道和防洪形势产生重大的影响。另一方面，三峡水库长期下泄的“清水”具有可观的冲刷能力，是一笔宝贵的财富，善加利用可以改善长江中游的防洪形势。本文建议：增加引“清水”入洞庭湖的水量，一方面避免“清水”对荆江河道的过度冲刷；另一方面可以冲刷洞庭湖的一些关键部位，改善湖区的防洪形势、并促进城陵矾以下长江河道的冲刷。     

变化环境下七里山水域高洪水位研究

七里山水域是洞庭湖汇入长江的江湖交汇区,受三峡工程及上游溪洛渡、向家坝水库运用清水下泄影响,江湖水沙输运、河道冲淤及河势演变、河段蓄泄关系、洪水位和泄流能力等出现诸多新变化,对长江中游特别是洞庭湖区的防洪蓄洪格局产生影响。在长江中下游水沙整体宏观数学模型的基础上建立了七里山水域二维水沙局部细致模拟数值模型,模拟研究了水库群运用后,在不同控制水位、不同蓄滞洪区启用条件下,针对各种典型洪水的防洪蓄洪问题。对于1998年型洪水,通过三峡等上游水库调节并抬高七里山控制水位0.5 m时,可不分蓄洪;对于1954年目标洪水,则需利用洞庭湖区24蓄洪垸和洪湖对等承担分蓄洪任务。     

洞庭湖调蓄量变化及其影响因素分析

通过计算50－90年代洞庭湖的一日调蓄量，分析了其年内和不同年代间的调蓄量的变化及湖区泥沙淤积、人为围垦和城陵矾以下河段泥沙淤积对调蓄量变化的影响，得到了下游泥沙淤积是50－90年代洞庭湖相同入湖流量条件下调蓄量逐年增大的主要原因的认识。     

Influence of Sediment Transport on Water Levels in the Middle Yangtze River

Abstract

In this paper, sediment transport and deposition variety in the Yangtze River and Dongting Lake regions are comprehensively analyzed based on field data. The study shows that the gradual decrease of diversion ratio of water and sediment from the Yangtze River to the Dongting Lake is not only the primary cause of the decrease of sediment deposition in the Dongting Lake and the increase from Luoshan to Hankou reach, but also the primary cause of the elevated water levels in the Yangtze River, as well as decreasing flood regulation capacity in the Dongting Lake region. Thus the strategy of reduction and prevention of flood disasters is to deposit more sediment in the lake area, dredge the river channel, and reinforce dikes along the Yangtze River