三峡水库蓄水后关洲河段河势调整对松滋口分流影响

关洲河段属典型的主流年内交替型分汊河道,地处三峡大坝下游,受三峡水库蓄水运用带来的水沙变异影响,河道冲淤响应较早,但因河床组成差异呈现出不同于沙质河床的河势调整规律。松滋口作为分泄长江水沙进入洞庭湖的重要通道,其分流特性变化与上游关洲河段河势调整密切相关,但三峡水库蓄水运用后两者的影响关系研究相对不足。本文基于近10年来的河道实测资料和水文观测数据,分析了三峡水库蓄水运用以来关洲河段的河道演变特点;从关洲河段河道冲淤、左汊发展和左汊主汊的维持时间等三个方面研究了上游河势调整对松滋口分流的影响。研究成果表明：三峡水库蓄水运用以来(2002.10~2013.11),关洲河段河道枯水河槽冲刷幅度较大,冲刷量占总冲刷量的90%,且冲刷主要集中于左侧低滩及左汊,致使左汊中下段深泓高程低于右汊,枯水期同流量下左汊分流比呈现增加的趋势;当上游来流小于20000m₃/s时,同流量下松滋口分流能力下降,但这一影响随着关洲河段河道冲刷的趋于平衡而逐渐削弱;关洲左汊的发展有利于增加较大流量时松滋口的分流比,且这一流量持续的时间越长,即左汊维持主汊地位的时间越长,松滋口年分流比越大。此外,左汊的过度发展可能会引起关洲河段主流不再年内交替,而是将长期稳定在左汊河道,建议有关部门加强对关洲河段左汊河道的监测。     

黄土高原变绿对黄河中游延河流域径流演变的影响估算

近年来,黄土高原变绿对黄河中游,特别是黄土高原的径流演变扰动显著且影响强烈,估算其影响对保障区域水安全与黄河流域高质量发展意义重大。基于1959～2016年黄河中游延河干流延安水文站控制流域(以下简称“延河流域”)径流量及同期面降水量,识别了径流演变的变异年份,分析了径流与降水和土地利用/覆被变化间的响应关系,定量估算了黄土高原变绿对延河流域径流非一致性变化的影响。结果表明:延河流域在1970、1996年发生了径流变异,总体呈现衰减趋势; 若以1970年之前径流过程为参照基准,则可得统计期内降水变化导致径流减少2.8×10⁸ m³,贡献率为18.1%; 1971～1995年,延河流域径流主要受以水利工程建设为主导的人类活动影响,驱动径流减少4.75×10⁸ m³,贡献率为30.6%,之后径流变化由新增人类活动和植被恢复为主导的黄土高原变绿联合驱动,贡献率分别为3.7%和47.6%。综上所述,黄土高原变绿正在成为驱动延河流域径流减少的主要因素,潜在威胁着黄土高原未来的水资源安全与社会发展。     

抚河下游李家渡站径流还原计算分析

由于赣抚平原水利枢纽工程焦石坝以上东、西总干渠引流量偏大,导致坝以下河段实测径流偏小,使得下游河段水资源量及河道内生态用水计算发生偏差,需要对实测径流进行还原。采用赣抚平原灌区引水前的实测水文资料率定模型,运用新安江模型等多种方法对灌区引水后的李家渡站径流进行还原计算,还原后1960²008年的多年平均流量为489 m3/s,较同期实测的多年平均流量389 m3/s增加25.7%.     

珠江河网典型横向汊道水面线演变及成因

以珠江河网中下游腹地的“四横两纵”横向汊道体系为研究靶区,采用余水位曲率、潮波衰减率公式及双累积曲线法,分析1960—2016年洪枯季的水面线演变过程及其与余水位曲率变化的对应关系,探究与之密切相关的人类活动影响机制. 结果表明,1993年前人类活动以联围筑闸为主,此时水面线在中下游“南沙-容奇”洪季呈下凹型,枯季呈微上凸型（洪季曲率为正,均值为1.50×10^?10 m^?1,枯季曲率为?6.64×10^?12 m^?1）. 在中上游“板沙尾-南华”洪枯季均为下凹型（曲率均为正,洪季均值为1.92×10^?10 m^?1,枯季为5.37×10^?12 m^?1）. 1993年后,中下游河道受人为采砂和航道疏浚的影响,导致水位降低. 围垦叠加海平面上升影响导致口门水位抬升,使得水面线在洪季的下凹程度增大（曲率为正,均值为3.98×10^?10 m^?1）,枯季由微凸变凹（曲率为正,均值为1.85×10^?10 m^?1）. 中上游由于强烈的河道采沙和疏浚,导致中游来流量增大,另叠加桥梁建设对径潮流的阻滞作用,因而水面线在洪季和枯季均转为上凸型（曲率均为负,洪、枯季均值分别为?6.87×10^?10和?0.55×10^?10 m^?1）.     

钱塘江下沙海塘越顶安全性分析

钱塘江河口大规模治江围涂,导致仓前站年最高水位持续抬升,削弱了海塘安全性.采用信息熵理论,通过构造水位比较序列的差异信息相对测度,分析了钱塘江水位系列发生变异的年份,结果表明1974年、1997年为仓前站水位变异点,在此基础上分析了不同时段各频率水位.采用JC法建立了海塘越顶安全性分析模型,以下沙海塘为例进行越顶安全性分析,得到通常条件下下沙海塘发生越顶的概率为1.80×10-3;敏感性分析表明,影响海塘越顶安全性的最显著因素为外江水位特征,在遇超强台风等非常条件下,当外江水位偏差系数增加到0.1时,下沙海塘越顶概率为0.0254.     

一种水文序列变异诊断耦合模型及其应用

气候变化和人类活动的双重作用使得流域水文过程发生显著变化,水文序列变异诊断研究对防洪减灾、生态环境保护具有重要的科学意义和应用价值。传统水文变异诊断方法存在多点检测能力不足、主观性较强、精度较低等问题,本文建立了一种基于启发式分割算法和近似熵的水文变异诊断耦合模型,主要建模步骤如下：首先用近似熵刻画水文序列各点的动力学状态,基于数据滑动技术充分得到随着滑动窗口移动而变化的近似熵序列;其次,运用启发式分割算法依次对各点进行一分为二的迭代计算、对比,得到每个点的检验统计值序列和置信概率序列;最后,根据置信概率结果判断是否对近似熵序列进行水文动力学状态划分,确定突变点的数目和位置。利用耦合模型对窟野河温家川站1956~2018年的年径流序列进行变异诊断研究,结果表明窟野河年径流序列在1983年和1996年发生了变异,与实际情况基本吻合。通过大量模拟实验,证明耦合模型具有如下潜力：①对于强趋势突变检测性能优异,弱趋势突变时在特定滑动步长下具有良好表现。②当设置不同的参数时,耦合模型对于弱趋势动力学结构突变检测具有较好的性能,检测误差较小。③当样本量较高时,权重误差均较小,耦合模型检测到的突变区间中包含设置的理想变异点,且样本量越大,检测越精确;在样本量较低时,检测的突变区间与真实变异点较接近,检测效果可以接受。     

三峡建库前后洞庭湖对下荆江的顶托与消落作用研究

自然通江的洞庭湖与长江间复杂的关系影响着下荆江尾闾河段的水文情势变化。三峡建库后洞庭湖出口基准面的变化,使得湖对江的顶托与消落关系发生调整,进而影响防汛抗旱与生态保护。从水面比降变化出发,以顶托消落比表征湖对江的顶托消落作用,利用1991—2017年监利站、螺山站、七里山站水文资料,分析洞庭湖对下荆江顶托、消落作用及其变化规律,并根据平衡比降公式,从理论上解释了蓄水前后比降变化的合理性。结果表明：蓄水后监利-城陵矶、城陵矶-螺山水面比降均有所增大。1991—2002年、2003—2007年、2008—2017年以来,监利-城陵矶河段年内月最小水面比降的出现时间有所推迟,对应的城陵矶水位有所升高,汇流比有所减小,湖对江的顶托作用有所减弱。1991—2017年湖对江综合表现为顶托作用,三个时期顶托消落比减小的原因为顶托作用减弱而非消落作用增强。从年内变化看,湖对江表现为消落作用出现在汛后（9~10月）及2008—2017时期枯水期（1~3月）。三个时期顶托消落比均受汇流比的影响,当汇流比小于0.5,洞庭湖易产生消落作用,当汇流比大于1,洞庭湖顶托作用增强。当长江流量小于6000m3/s,湖对江均表现为顶托作用。1991—2002年时期顶托消落作用主要受洞庭湖出流的影响而2008—2017年时期主要受长江干流流量的影响。研究成果可为江河湖泊治理与保护提供科学依据。     

荆江-洞庭湖水沙关系及调整

系统分析了洞庭湖复杂的来水来沙条件和湖区淤积情况 ,荆江 -洞庭湖水沙关系 ,洞庭湖出流对荆江各河段不同的顶托作用 ,以及荆江裁弯后江湖水沙关系的变化和调整 ;研究了江湖水沙关系的变化对荆江各河段以及洞庭湖水沙条件和河床演变的不同影响 .认为荆江裁弯后 ,三口入湖水沙减少 ,减缓了洞庭湖的淤积和防洪压力 ,但同时荆江泄流量加大 ,局部河段防洪形势更为严峻 ,对洞庭湖出流顶托作用加强     

长江中下游枯水位与河床冲淤变化

根据大量实测水文泥沙资料,分析了包括下荆江裁弯、葛洲坝和三峡工程运用后长江中下游河道冲淤与枯水位及泥沙特性变化情况.研究结果表明,近50 a来长江中下游枯水位表现为宜昌至监利河段下降明显,城陵矶至螺山上升显著,汉口至大通略有上升.三峡水库运用后,长江中下游含沙量及输沙量下降明显,悬移质中值粒径大幅减小,枯水位降低.枯水位变化与河段河床演变以及河道的冲淤变化密切相关,由此带来的河岸崩塌、引水及航道等问题应引起重视.     

三峡水库运用后长江倒灌鄱阳湖特性研究

三峡水库建成后,长江与鄱阳湖的关系变化一直是社会各界关注的热点问题。江水倒灌是长江与鄱阳湖关系的主要特征,其变化特性和发生条件目前仍存在一定争议。本文利用长江干流九江、八里江和大通站及鄱阳湖星子、都昌、康山、湖口站的实测资料,从江湖水位、流量关系及径流的年际、年内变化等方面,分析了三峡水库2003年建成运行后长江干流与鄱阳湖关系的变化。基于能量平衡的基本原理,研究了江水倒灌鄱阳湖的内在机理,提出江水倒灌条件的理论公式。结果表明：1）鄱阳湖具有洪水湖相、枯水河相的特性。都昌站水位在15 m以上时,湖区由河相向湖相过渡;康山站水位在17 m以上时,湖区呈现湖泊特性。2）江水倒灌主要发生在汛期7-9月,7、8、9月分别占倒灌总天数的41.6 %、24.8 %、28.8 %。三峡水库175 m试验性蓄水后,水库汛期拦蓄洪峰,在一定程度上削弱了倒灌强度。3）长江水位高于鄱阳湖水位,长江出现大的洪水过程且鄱阳湖5河总入流消退或过程平稳是倒灌形成的必要条件,而倒灌流量的大小和持续天数主要取决于长江洪水的持续时间和洪峰量级。提出的研究方法和结论可为深入认识江湖关系及影响机理提供参考,也可为鄱阳湖综合治理提供科学依据。     

荆江-洞庭湖洪水演进模型

长江中游是由水库、湖泊、蓄滞洪区组成的复杂防洪工程体系,针对荆江-洞庭湖复杂河网系统规模庞大、水流复杂的特点,建立了一、二维联算洪水演进模型,其中河道与湖区采用一维河网模型,分蓄洪区水流采用二维模型模拟.模型提出了实时预报模式、河网断流计算模式、河道与分蓄洪区水量交换模式.将模型用于荆江特大洪水调度,较好地反映了洪水在荆江-洞庭湖河网区的演进过程,模型可用于实际防洪调度方案评估.     

长江荆南三口五河水沙变化及治理规划

分析了长江荆南三口五河的水沙变化,针对现阶段的河网水系格局及存在的问题,提出了塞支强干、简化水系和进一步加强河势控制的治理规划:松滋河自松西支经苏支河进松东支,再入松虎洪道,避免松澧顶托、倒灌;虎渡自河口经南闸,至新开口改道入藕池西支进南洞庭湖;藕池自河口经黄金嘴、鲇鱼须河、注滋河(沱河)独流入东、南洞庭湖.此初步设想可供有关部门在整体规划荆江、洞庭湖洪水治理方案时参考.     

大型水利工程对中华鲟生态水文学特征的影响

通过对长江流域中华鲟产卵江段水文监测站近40年历史实测数据资料的调查分析,初步确定了中华鲟产卵时的生态流量和生态水位.结合三峡工程的修建,分析了三峡水库蓄水后所引起的葛洲坝下游中华鲟产卵场水位、流量、含沙量、河床底质等一系列水文要素特征的变化,可为三峡工程的生态调度与运行提供理论依据.     

荆江与洞庭湖关系及防洪对策

本文着重论述了荆江和洞庭湖相互影响和制约的关系,认为荆江裁弯和四口分流分沙逐渐变小对减轻洞庭湖区的泥沙淤积和洪涝灾害(包括荆江和江汉平原地区)有利,但却引起了城陵矶河床和水位高程的抬高,又阻碍了洞庭湖的泄流排沙,不利洞庭湖的防洪。江湖关系这一矛盾和洪涝灾害,只有靠三峡水利枢纽工程兴建才能基本解决。在三峡工程兴建前,所有减轻荆江和洞庭湖区洪涝灾害的对策,都应从研究理顺江湖关系出发,使其符合江湖两利的原则。     

三峡工程蓄水前后进出库水沙特性及径流量时间序列变化周期分析

选取长江上游干、支流主要水文站为代表站,根据水文泥沙观测资料,对三峡水库进出库水沙特性进行了较为系统的分析,对比分析各站三峡工程蓄水前后年径流量、年输沙量、年均含沙量等水沙特征值的变化特性.另外,运用小波分析的多分辨率功能,对朱沱、寸滩和宜昌站1950～2008年年径流量时间序列资料进行了多时间尺度分析.分析结果表明:...     

On geo-basis of river regulation —A case study for the middle reaches of the Yangtze River

From the point of view that people have to obey the river’s geo-attributes in the river regulation, the definition and the meaning of the geo-attributes of a river are discussed. The geo-basis of the river regulation of the middle reaches of the Yangtze River is expounded in five aspects, including the structural geomorphology environment of flood storage and discharge, the distribution characteristics of subsidence and the sedimentation areas of Dongting Basin, the history evolution of Jianghan Basin, the function of Jianghan Basin and Dongting Basin as the flood water detention areas of Jingjiang River reach in ancient time, and the geological characteristic of Jingjiang River reach. Based on the geo-attributes of the middle reaches of the Yangtze River, some ideas about the middle reach regulation of the Yangtze River are put forward: to process the interchange between the lakes and diked marsh areas in Dongting Basin, to canal the new river route as the flood diversion channel of Jingjiang River reach with the paleo river, to recover the function of Jianghan Basin as flood detention area of the middle reaches. And we should take into consideration the geo-environment of the whole Yangtze River in the river regulation of middle reaches. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50579039)