湄公河与洞里萨湖河湖关系研究

湄公河是亚洲最重要的跨国水系,洞里萨湖是湄公河最大的通河湖泊,河湖关系非常复杂且一直是国际社会关注的热点问题。利用7个河湖控制站的长系列水文资料,对河湖水位和流量关系,湄公河向洞里萨湖倒灌与洞里萨湖向湄公河补水的特性、条件及成因,湄公河干流来流与洞里萨湖出流的相互顶托作用等进行了分析。分析结果表明:洞里萨湖具有洪枯水期均为近似湖相的特征;湄公河与洞里萨湖的水量交换强度大,每年汛期均会发生倒灌,年均倒灌历时122 d,倒灌水量377亿m~3,年均补水历时244 d,补水水量711亿m~3;倒灌与补水的主要水文条件为河湖水位差和洞里萨河的水位,成因机理为河湖间势能和动能的平衡规律;湄公河下泄水量与洞里萨湖出流相互顶托作用强烈,汛期倒灌期间湄公河流量每增加1 000 m~3/s,洞里萨湖水位就会抬高0.14～0.21 m,汛末9月中下旬至10月底补水期间洞里萨湖出流每增加1 000 m~3/s,湄公河磅湛站水位就会壅高0.01～0.43 m。研究成果可为柬埔寨湄公河三角洲和洞里萨湖治理提供科学依据。     

近60年来长江对鄱阳湖倒灌水量的变化特征

鄱阳湖是长江中下游典型的通江湖泊,其出流特征及水位涨落同时受五河及长江来水的双重影响,进而形成较为复杂的江湖水文情势关系。为研究长江对鄱阳湖作用的变化规律,依据鄱阳湖五河以及出湖控制水文站1956—2016年水文数据,探讨长江对鄱阳湖倒灌水量的变化规律。研究结果表明:鄱阳湖五河七口控制站2003—2016年年平均径流量相比1956—2002年有所降低。鄱阳湖倒灌水量、倒灌天数均与汉口站来水和鄱阳湖入湖水量之差呈较好的正相关关系。2003年后,三峡水库的蓄水或放水在一定程度上影响了江湖作用的季节变化和鄱阳湖流域的旱涝机遇,一定程度上减少了长江对鄱阳湖的倒灌频次。通过对倒灌水量和倒灌天数的分析可知,在1960年代、1980年代和21世纪初,长江上中游来水对鄱阳湖的作用相对强烈;而在1970年代、1990年代和2010年以后,长江上中游来水对鄱阳湖作用较弱。研究成果对于认识变化条件下长江与鄱阳湖江湖关系变化规律具有重要意义。     

变化环境下通江湖泊江水倒灌年内分配变化规律研究

长江中下游的通江湖泊具有调蓄洪水和涵养水源等重要作用,针对目前通江湖泊分析中将三峡工程作为节点又缺乏支撑性分析的情况,以及对变化环境下江水倒灌年内分配变化规律研究较少的问题,以鄱阳湖为研究对象,采用水文变异诊断系统对鄱阳湖湖口站水位进行变异诊断,并以诊断结果为依据对湖口站实测倒灌序列进行变异前后年内分配变化规律研究。结果显示:变异后汛期鄱阳湖江水倒灌的流量均值上升,但月平均倒灌天数减少,倒灌水量呈减少的态势,且倒灌流量的极值有较大幅度降低,有利于鄱阳湖的防洪安全;非汛期江水倒灌的流量均值、平均天数、流量极值比变异前总体大幅度下降,对于鄱阳湖枯期水位会有较大的影响。研究结果对变化环境下通江湖泊的水情分析具有一定的参考作用。     

1956—2022年鄱阳湖枯水情势演变及驱动机制分析

鄱阳湖枯水情势变化将极大影响区域水资源、水环境和水生态安全状态。复杂条件下鄱阳湖水文极端事件成因分析与灾害预警是当前亟待突破的难点。本文基于湖区年补水-退水水文过程分析,运用“江湖关系”分期分析等方法,探究了湖区枯水情势演变规律和驱动机制。结果显示：(1)后三峡时期,湖区枯水情势显著加剧,星子站年最低水位平均下降5.7%,低水烈度、低水天数平均增加36.9%、26.6%;(2)单因素分析中,湖区低水天数受长江水流条件的影响大于湖区最低水位、低水烈度;多因素分析中,6个解释因子综合解释了上述3个湖区枯水特征量的演变,相应回归模型的R²依次为0.83、0.83、0.70;(3)贡献分析表明,近20年的枯水整体加剧趋势主要源于长江水流条件改变的综合影响,以湖区年最低水位减小为例,江湖水位流量关系变异贡献138.0%,三峡水库蓄水期汉口径流减小贡献8.4%,三峡水库补水期汉口径流增加(缓解)贡献-34.2%。本研究将为鄱阳湖的枯水情势驱动机制解耦、干旱预警研究提供参考。     

实施柳长河扩挖工程以解决东平湖与南四湖水资源相互调配问题的探讨

今年7月下旬至8月初,由于大汶河流域连降暴雨,大汶河戴村坝出现洪峰流量2620m~3/s,老湖入黄出口处几经人工爆破,在黄河水未顶托的情况下,出湖能力只有400～500m~3/s,最大出湖能力也只有670m~3,致使老湖蓄水位高达44.38m(大估高程),超过警戒水位1.88m,超过保证水位0.38m,比历史最高水位高0.66m,是东平湖水库建库40多年来的最高水     

长江-鄱阳湖顶托作用评价指标研究

长江与鄱阳湖形成的江湖交汇系统存在复杂的河床演变与物质能量交换,江湖顶托关系是影响江湖水量交换的重要因素,同时对整个区域的水资源、防洪、灌溉、航运、生态有着重要影响。以长江与鄱阳湖的交汇区为研究对象,从动量基本方程出发,建立了一套评估长江与鄱阳湖顶托强度的指标体系,提出了顶托强度指标——顶托角。研究结果表明：自20世纪80年代以来,顶托角整体上没有发生趋势性变化,说明长江对鄱阳湖的顶托作用在三峡水库蓄水后变化不明显。但从年内变化来看,在枯水期,由于三峡水库的补水作用,长江对鄱阳湖的顶托作用明显增强;在汛期,由于三峡水库的削减洪峰以及汛末蓄水,长江对鄱阳湖的顶托作用减弱。长江对鄱阳湖的顶托作用变化会在4～6月使湖水滞留湖区,易发生流域性洪水;在7～10月加速湖水的入江,使鄱阳湖的低水位形势持续恶化。研究成果可为长江和鄱阳湖的治理与保护提供参考。     

长江洪水对鄱阳湖倒灌影响及微模型研究进展综述

长江洪水对鄱阳湖的倒灌现象是江湖关系的研究内容之一。倒灌过程对江湖水沙交换及流域水环境保护、水生态安全维护和水资源配置等具有重要影响。分析了江湖倒灌现象及其特有的水文、泥沙性质,阐述了长江对鄱阳湖倒灌的作用机理和发生条件,并从旱涝灾害、水沙交换和水环境生态三个方面系统总结了倒灌产生的江湖效应研究成果。在归纳以往江湖倒灌研究方法和成果的基础上,从相似理论、相似条件和微模型倒灌研究关键技术等方面,探讨了未来可采用微型河工模型试验新技术,开展长江和鄱阳湖这类大范围江湖作用关系研究的可能性。     

长江干流九江段与鄱阳湖不同季节的同位素特征

为了分析不同时期鄱阳湖与长江及其他各条河流的关系,初步探讨三峡水库运行对鄱阳湖水量的影响,对九江段长江干流、鄱阳湖地区河水、湖水进行了采样和氘氧稳定同位素分析。结果表明:水体同位素存在明显的时间和空间变化,可用于揭示湖泊与河流之间的关系。三峡补水调度过程能有效减少鄱阳湖春季的水量流失,4月份鄱阳湖流域已进入雨季,大量内河来水导致鄱阳湖水以较大的流量向长江补给;调洪削峰调度阶段,较高的长江水位对鄱阳湖存在一定的顶托作用,导致湖水难以排泄;三峡蓄水过程引起的长江水位降低加速了枯水期鄱阳湖水的流失。三峡水库的调度需要考虑到鄱阳湖流域水情,以免加重该流域丰水期的洪涝灾害和枯水期的水资源短缺。     

鄱阳湖入江水道演变对湖区水位影响分析

近年来,鄱阳湖水位尤其是枯水期水位下降幅度较为明显,过去曾从不同角度如五河径流变化、上游三峡工程影响等进行了相关研究。然而,鄱阳湖入江水道是鄱阳湖主要泄洪通道,其演变特性直接影响着鄱阳湖泄流能力。为此,主要选取星子、湖口站系列水文实测资料,分析了近年来鄱阳湖入江水道泄流能力与湖口水位的变化关系,分析认为湖口河段河床下切是近年来特别是枯水期水位下降的主要原因。分析湖口与湖区各站水位的相关关系,星子和都昌受入江水道下切枯水期水位下降明显,而都昌以上,棠荫和康山水位相关关系基本维持不变,说明都昌水位以上基本不受湖口河床演变影响。     

2016年长江1号洪水过程中三峡水库防洪作用初步分析

自2016年7月以来,长江上游及局部地区持续强降雨,造成湖北省武汉市大面积城市内涝,汉口水位超警戒水位,一些网站和民众对三峡工程的防洪作用产生怀疑。基于长江干流若干控制性水文站的实时水文数据,分析了2016年7月上旬长江洪水的时空演变过程,并与1998年同期洪水过程作了对比。研究表明:2016年7月上旬洪水流量和水位均超过1998年同期值,三峡水库若不拦截1号洪峰部分流量(最大达19 000 m3/s),将导致汉口站7月7日洪峰水位达29.72 m,三峡水库削减汉口洪峰水位1.35 m。三峡水库对长江中下游的防洪作用由此可见。     

Water exchange in a large river–lake system: Modeling,characteristics and causes

River–lake water exchange reflects hydrological connectivity and the dynamic relationship between the river and the lake. The water exchange is crucial for lake level variation, downstream river discharge and the ecosystem. To figure out the water exchange between the Yangtze River and Poyang Lake, a data‐driven model was established based on the support vector regression and genetic algorithm technique. Nine scenarios were set with different river–lake hydrological conditions, divided into two categories: single‐element change scenarios, where only the river conditions or only the lake conditions changed, and combined scenarios, where both elements changed simultaneously. The model could accurately simulate the river–lake water exchange variations. Scenario simulation results show that increasing the river flow or lowering the lake level could cause a decrease in the lake outflow. Conversely, decreasing river flow or raising the lake level could cause an increase in lake outflow. Changing lake conditions have a stronger impact on the water exchange variation than changing river conditions if the change percentages of the situation indicator values are the same. Similarly, lake level increase has a stronger impact on the water exchange variation than lake level decrease. The combined scenarios indicate the additive effect of the corresponding single‐element change scenarios, with a clear linear relationship between their lake outflow changes. This study provides an efficient model for simulating complex hydrological flow relationships in river–lake systems, and supports the management of the Yangtze River and Poyang Lake by providing the characteristics and causes of the river–lake water exchange.     

Impoundment Effects of the Three-Gorges-Dam on Flow Regimes in Two China’s Largest Freshwater Lakes

The impoundment of the Three-Gorges-Dam (TGD) significantly alters the flow regimes in Poyang and Dongting Lakes, the two largest freshwater lakes in China by reducing river discharge. This work aims to investigate the impoundment effects of the TGD on lake outflow and water level and clarify dynamic mechanism for the hydrological responses of both lakes to the TGD impoundment based on the typical case study. A hydrodynamic model is set up to simultaneously simulate hydrodynamics in the two lakes and the middle Yangtze River. Results show that TGD induces profound changes of the flow regimes in both lakes. The effects dynamically change with the TGD-induced Yangtze River discharge alteration, and are highly heterogeneous in space due to the complicated interactions between the lakes and the Yangtze River. The impoundment of the TGD accelerates Poyang Lake drainage. But that is not all for Dongting Lake, the TGD impoundment also reduces its water supply from the Yangtze River. The results from this work improve the understanding of the TGD impacts on the downstream river-lake system and provide scientific evidences for formulating better scheme for water resources management in this region.     

鄱阳湖水文情势演变原因及对策

由于气候变化以及人类活动的影响,鄱阳湖水文情势发生了一定程度的变化,需定量评估不同驱动因子对鄱阳湖水情演变的影响。采用一系列水文指标表征鄱阳湖水文情势,构建BP神经网络模型模拟鄱阳湖水位,通过情境对比分析长江干流流量、鄱阳湖子流域入湖流量以及地形变化对各水文指标变化的贡献率。结果表明:长江干流流量是鄱阳湖7—10月份月平均水位降低的主要驱动因子,贡献率为52%～67%,对年最高极值水位的拉低效应明显,对年最低极值水位起到一定的抬高作用;地形是鄱阳湖12月—翌年3月月平均水位下降的主要驱动因子,贡献率为92%～185%,对年最低极值水位的拉低效应明显。最后对鄱阳湖水资源管理和调控提出一些建议:优化三峡水库运行调度,根据实际情况将三峡水库汛末蓄水时间适当提前;加强鄱阳湖子流域水利工程建设,在三峡蓄水期间增加五河泄流;规范采砂。     

洞庭湖和鄱阳湖水量优化调控工程研究

随着三峡水库及上游干支流控制性水库的逐步投运,长江中下游防洪形势得到极大改善。同时,由于蓄水拦沙,“清水”下泄,江湖关系已经并将继续发生变化,导致两湖水文情势进一步变化,对两湖地区水资源综合利用和水生态环境保护产生深刻影响。分析了洞庭湖江湖关系变化趋势和鄱阳湖枯水变化情势及其影响,结合湖区经济社会发展和生态环境保护对水利的要求,研究了两湖水量优化调控总体思路,提出了优化调控两湖水量的工程措施,为两湖生态经济区和长江经济带建设提供支撑和保障。     

基于有限体积法的鄱阳湖水沙交换数值模拟

为了研究通江湖泊与外部江河的水沙交换过程,运用基于有限体积法的二维非稳态水流和泥沙耦合数学模型,对平水年水文条件下鄱阳湖的水沙交换过程进行了数值模拟。结果表明:鄱阳湖与上游五河、下游长江的水沙交换在时间上分布不均,主要集中在3~8月。计算得出2010年上游五河入鄱阳湖水量和泥沙量、鄱阳湖入下游长江水量和泥沙量以及全年长江倒灌入湖水量和沙量。倒灌入湖水沙量分别占出湖水量和沙量的4.88%和12.35%。研究成果为鄱阳湖水环境保护工作提供了重要参考。     

鄱阳湖与长江关系及三峡蓄水的影响

通过机理研究,结合实测资料分析,说明了鄱阳湖河相与湖相的分界水位,阐明了长江干流来流对湖口出流的顶托作用,并给出了湖口出现倒流的条件,得到了鄱阳湖对洪水的调节作用系数,初步理清了鄱阳湖与长江干流江湖相互影响规律。分析了三峡水库蓄水期的影响及鄱阳湖的枯水特性。三峡水库运用初期,其蓄水的前半段时间,鄱阳湖向长江干流多补水量23亿m3,后半段少补水量11亿m3。三峡水库运用30年后,在河道冲刷、可补水量减少和蓄水的共同作用下,鄱阳湖的枯水季节相当于提前了1个月左右。本研究对认识江湖关系及鄱阳湖治理具有重要意义。     

近 30 年鄱阳湖与洞庭湖水文变化与归因

为揭示鄱阳湖和洞庭湖水文特征并综合分析其影响因素对湖泊水资源管理及江湖关系, 以两湖水系统为研究对象, 采用非参数秩次相关检验法( Mann2Kendall M2K) 分析方法和近 30 年两湖2流域2长江水位和流量长序列数据集, 解析湖泊水文变化特征、趋势和程度, 并通过两湖水文的对比来系统分析长江中游大型通江湖泊水文变化规律及其影响因素, 旨在对两湖流域水资源的整体认识和把控, 丰富对江-河-湖复杂水系统作用机制与内涵的深入理解。结果表明: 两湖水位在近 30 年总体上呈“上升-非稳定状态-下降” 3 个变化阶段。2003 年前, 鄱阳湖和洞庭湖水位总体呈上升趋势, 且在 1980- 2000 年间基本处于不稳定的波动状态, 2003 年后两湖水位呈明显的下降趋势。 Mann-Kendall 分析得出: 两湖水位可能在 2005 年左右发生明显突变, 且鄱阳湖和洞庭湖水位与之前相比, 最大降 幅分别可达 9. 4% 和 3. 4% , 表明两湖水位变化的趋势程度存在差异, 鄱阳湖水情变化的敏感程度要强于洞庭湖。 对长江干流的补水期洞庭湖为 4- 10 月, 鄱阳湖为 3- 8 月, 表明两湖对长江干流水文的不同调节补偿作用。     

三峡水库运行对鄱阳湖江湖水文情势的影响

三峡水库运行改变了长江中下游干流及通江湖泊的水文情势,基于实测水文资料,构建了反映长江中游复杂江湖关系的一、二维水动力数学模型,定量评估了三峡水库2009～2014年实际运行对长江与鄱阳湖江湖水文过程的影响程度。结果表明:三峡水库运行对湖口站5～10月水量交换过程影响相对较大,7～10月倒灌水量有所减少;三峡水库蓄水期长江中游干流流量减少,尤以10月最为显著,湖口站平均水位降低1.09 m,降低湖区水位效应可影响至康山;补水期长江中游干流1～3月流量增加明显,湖口站平均水位升高0.28～0.56 m,抬高湖区水位作用仅能影响到都昌附近;汛期湖口站5～6月最高水位最大抬高0.34 m,7～8月最高水位降低。研究成果可为鄱阳湖区综合治理与保护提供参考依据。