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。     

鄱阳湖枯季水位变化对越冬水鸟生境面积的定量影响

长江及鄱阳湖水系上游水库群运用后鄱阳湖枯季水文节律出现新的变化,给湿地水鸟越冬造成尚不明晰的潜在影响。为量化枯季水位变化对鄱阳湖越冬水鸟生境面积的影响,基于EFDC水动力学模型和生境适宜度曲线,构建了鄱阳湖枯季越冬水鸟栖息地数值模拟模型;以水深作为关键生境因子,对三峡水库175 m试验性蓄水后鄱阳湖枯季越冬水鸟潜在生境面积变化进行了连续模拟;以越冬水鸟数量峰值期(12月和1月)为关键时段,建立了越冬水鸟潜在适宜生境面积和浅水区(≤60 cm)面积变化与水位的三段式定量响应函数,提出了星子站水位11.70 m左右时越冬水鸟潜在生境面积将达到最大。三峡水库运用后鄱阳湖枯季越冬水鸟潜在适宜生境及浅水区面积均保持总体稳定,其均值相比运用前仅略增加1.02%和1.97%;扰动幅度明显减小,序列标准差在三峡水库运用后减小近50%。针对拟建的鄱阳湖水利枢纽工程,分析了不同水位调控方案下枯季越冬水鸟潜在生境面积的变化,结果显示补偿调节期特别是越冬候鸟数量峰值期内鄱阳湖水位不宜超过12.5 m,11～12 m之间对越冬水鸟保护影响最小,其潜在生境面积相比最大值偏小幅度可控制在10%以内。成果明晰了枯季水位变化对鄱阳湖越冬水鸟潜在生境面积的定量影响规律,为江湖新水沙条件下鄱阳湖枯季生态水位保障提供了量化依据。     

三峡水库蓄水后荆江三口分流能力变化原因初探

荆江三口分流分沙是驱动江湖关系演变的重要因素之一,研究三峡水库蓄水运用后荆江三口分流能力变化机制具有重要意义。基于长系列水文资料分析,探究了三峡水库蓄水运用前后荆江三口口门附近干流及三口进口段水面比降、口门水位变化与三口分流能力变化之间的驱动-响应机制。研究表明,三峡水库蓄水运用后荆江三口口门附近干流水面比降以增大为主;同流量下三口口门水位均有所下降,太平口水位降幅最大;松滋口、太平口洪道进口段水面比降均有所下降,但藕池口有所增加;太平口附近干、支流水面比降变化相反,对分流比的影响一致;藕池口附近干、支流水面比降同增或同减,对分流比的作用相互抵消,分流比主要朝干支流水面比降中变化幅度相对较大的方向变化;影响松滋口分流能力的因素众多,调整机制更为复杂,需进一步深入研究。     

三峡工程蓄水前后长江中游水位流量变化分析

随着三峡水库蓄水运行,清水下泄导致坝下游河段受到不同程度的冲刷,使得江湖关系发生变化。对长江中游主要控制站三峡工程蓄水运用前后水文数据进行统计分析,结果表明：三峡工程蓄水运用后,清水下泄冲刷下游河道深槽部分,长江河段总体同流量下水位下降,其中以汉口以上河段水位下降明显,且对低水影响明显。三峡工程蓄水运用后,三口河道分流比继续减少,断流时枝城水位有升高趋势,分流河道逐渐萎缩,荆江过流量增大。     

三峡运行后洞庭湖四口河系蓄洪区运用条件变化分析

四口河系布置了11个国家级蓄洪区,蓄洪容积83.7×108m3,以分蓄长江洪水达到控制荆江和城陵矶水位的目的。三峡工程运用改善了该区域防洪形势,1954年洪水中多次启用的荆江分洪区,再遇1954年型洪水已不需启用,与其相邻的蓄洪垸具备调整的客观条件。通过分析研究江湖关系变化以及四口河系蓄洪区运用的河道行洪安全条件和分洪效果,蓄洪垸调整是可行和必要的,这对改善洞庭湖防洪布局和促进经济社会发展具有重要意义。     

基于水文学与水力学方法的雅砻江水情预报模型

以雅砻江官地水库至河口为对象,建立一个基于水文学与水力学方法相耦合的水情预报模型。其中,官地水库出流作为模型入流边界,官地水库至二滩水库河道汇流采用马斯京根河道演算法模拟;官地水库至二滩水库区间入流采用基于栅格的新安江模型模拟,以使模拟结果具有一定的预见期;二滩水库按水库调度规则计算水库出流;二滩水库至河口对完全圣维南方程组采用一维非恒定流隐式差分求解,模拟出沿河道任意断面水情过程,从而使具有预见期的水文预报成果沿河道方向得到了延伸,实现了对二滩水库至河口段水情的精准预报和过程控制。采用2007—2009年日系列资料对模型进行严格的率定与验证后发现,小得石站最高水位的绝对误差均小于0.3 m,桐子林站最大流量的相对误差均小于10%,日模拟的确定性系数均高于0.989,高精度的模拟结果证实了模型的合理性和有效性。     

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。     

四口河系平原水库防洪与水资源调控模拟

根据四口河系部分河道洪季过流枯季断流的特点和洪枯水调控要求,提出了基于干湿河床交替和大中小水转换的平原水库调控模式,并将其嵌入四口河网水沙模型中,形成四口河系洪枯水调控模型。以大湖口河建平原水库洪季行洪枯季蓄水的调度过程为例,模拟计算结果表明,模型对四口河系部分河道洪季过流枯季断流及闸坝洪枯水调度模式处理合适,洪枯水调度模式衔接转换合理,得到了不同典型洪水下大湖口河平原水库增蓄水量0.63～0.79亿m3,较好地改善了枯季河道两岸用水状况。     

东洞庭湖近期冲淤演变分析

东洞庭湖洲滩水域存在较明显的动态变化,在长江与洞庭湖关系不断变化的影响下,洞庭湖出口七里山站的年水沙总量呈不断衰减趋势,三峡工程运用后,东洞庭湖水位、流量、含沙量等基本水文特征出现了明显下降或减小的变化。自1973年荆江裁弯完成后的45年,多年平均汛期4-8月径流量在年内占比61.2%～66.4%、输沙量占比56.4%～56.7%之间,变幅不大,相对稳定。根据地形冲淤与输水输沙量分析,2003年以来东洞庭湖呈冲刷状态。计算分析表明,三峡工程运用后,磊石山的水体年平均含沙量介于0.035～0.048 kg/m~3之间,东洞庭湖计算冲刷量与实际冲刷量的误差在50%以上,因地形变化较大,在东、南洞庭湖交界的磊石山进行水沙监测已有必要。