鄱阳湖水龄时空特征和影响因素分析

换水能力是表征湖泊水动力和污染物输移扩散的关键指标,鄱阳湖水文情势波动显著,换水能力时空特征和影响因素复杂。本文选取水龄描述鄱阳湖换水能力,建立鄱阳湖水龄模型,研究了鄱阳湖水龄的时空特征和影响因素,分析了水龄对鄱阳湖江湖关系演变的响应规律。结果表明:(1)鄱阳湖水龄具有显著的时空异质性。夏季和秋季水龄明显大于冬季和春季,碟形湖和湖湾区域水龄明显大于主河道和滩地。(2)湖口水位和流域入流是影响鄱阳湖水龄的主要因素。湖口水位对鄱阳湖水龄的影响大于流域入流;湖口水位越高则鄱阳湖水龄越大,流域入流与之相反;鄱阳湖水龄年内显著波动的主要原因是湖口水位的年内显著变化。(3)2003年后,随着江湖关系的演变,鄱阳湖水龄有所减小,其中秋季减小最为明显。研究成果能为鄱阳湖水资源保护提供科学支撑,也可为其他大型湖泊换水能力研究提供参考。     

鄱阳湖水利枢纽工程对水质环境影响初步研究

鄱阳湖水利枢纽工程的建设,将改变湖内水动力特性,进而影响鄱阳湖的水环境质量。采用水深平均的二维水动力-水质模型对鄱阳湖现状水动力和水质进行模拟验证,水陆边界模拟采用动边界技术,摸拟“高水湖相,低水河相”的湖泊水域变化特征,水质特性为枯水期水质较差,丰水期水质较好,靠近入湖河口的湖区劣于湖心水质,北部出湖水质较好的现状。根据水利枢纽工程“控枯不控洪”的调度原则,模型模拟预测在现状外部入流边界和现状污染负荷条件下,三种不同运行方式下,鄱阳湖湖流的时空形态相应发生的变化和相应水质变化。计算结果表明,枯水期大部分区域的水质浓度下降,但尾闾等部分区域有所升高,开闸泄水期前后,水质较现状水质下降,敞泄期的大部分时间,较现状水质基本相似,蓄水期水质变化不大。水动力特性综合水质浓度的改变,增加了局部水体的富营养化风险。研究结果为枢纽的有效建设提供了科学依据。     

基于数值模拟的鄱阳湖水利枢纽工程对湖泊水面的影响研究

为研究拟建的鄱阳湖水利枢纽工程对鄱阳湖水面变化的影响,利用构建的鄱阳湖二维水动力模型,按照规划中的鄱阳湖水利枢纽工程调度方案,通过丰平枯典型年份的情景模拟,分别从湖泊丰水期和枯水期两个时间段,选择鄱阳湖丰、平、枯3种典型年型,在无枢纽与有枢纽两种情景模拟的基础上,定量分析了3种典型年枢纽工程的不同水位调度阶段对湖泊淹水频率、水位和水面面积的可能影响。结果显示:(1)鄱阳湖水利枢纽工程建立后淹水频率无变化的区域都是常年有水的地方,湖泊淹水频率变化大于0的地方多为浅湖区和湖滩草洲;(2)枢纽抬升水位作用明显的区域主要集中在入江水道,棠荫附近和湖滩草洲,无水位抬升的区域主要在一些小湖区和湖滩草洲,无水位抬升范围最大的时期为枢纽蓄水期的丰水年型;(3)在鄱阳湖淹水频率、水位和水面面积方面,鄱阳湖水利枢纽工程对其增加幅度在枯水年型最大,对其有增加作用的湖泊范围在丰水期最大。     

鄱阳湖水利枢纽工程对水质环境影响研究

鄱阳湖水利枢纽工程的建设,将改变湖内水动力特性,进而影响鄱阳湖的水环境质量。采用水深平均的二维水动力-水质模型对鄱阳湖现状水动力和水质进行模拟验证,水陆边界模拟采用动边界技术,摸拟"高水湖相,低水河相"的湖泊水域变化特征,水质特性为枯水期水质较差,丰水期水质较好,靠近入湖河口的湖区劣于湖心水质,北部出湖水质较好的现状。模型模拟预测在现状外部入流边界和现状污染负荷条件下,3种不同运行方式下,鄱阳湖湖流的时空形态相应发生的变化和相应水质变化。计算结果表明,枯水期大部分区域的水质浓度下降,但尾闾等部分区域有所升高,开闸泄水期前后,水质较现状水质下降,敞泄期的大部分时间,较现状水质基本相似,蓄水期水质变化不大。水动力特性综合水质浓度的改变,增加了局部水体的富营养化风险。研究结果可为枢纽的建设提供科学依据。     

鄱阳湖枯水期水位变化及应对措施

针对2003年以来连续出现的鄱阳湖低水位对湖区民生、水生态、水环境产生的显著影响,通过实测系列水文数据,从流域降雨、长江上游干支流水库群蓄水、长江干流及鄱阳湖入江水道冲刷等方面,对枯水期水位变化的原因及趋势进行分析。结果表明,鄱阳湖枯水期低水位将长期存在,对鄱阳湖的影响将持续恶化。提出兴建鄱阳湖水利枢纽工程是解决枯水期低水位问题的最佳方案。     

鄱阳湖水利调控对湖区典型丰枯水年水动力水质影响研究

鄱阳湖水利枢纽工程的修建会在一定程度上阻拦长江与鄱阳湖的江湖连通性,湖区水流情势将发生改变。本研究采用有限体积法求解非结构网格下的二维浅水水动力水质模型,根据初定的枢纽工程水位调度方案,研究典型丰枯水年湖区水动力与水质条件变化。结果表明,枢纽工程建成后,丰水年星子站年平均水位抬升1.49 m,枯水年星子站年平均水位抬升1.88 m,枯水年水利枢纽工程对湖泊水位抬升变幅值、流速变幅值和工程影响的持续时间均高于丰水年。工程后丰水年枯水期水面面积增加15.3%,水量增加29.2%,枯水年枯水期水面面积增加22.8%,水量增加54.1%。选用示踪剂模型研究工程后湖区物质输运条件的改变,发现湖区物质输运过程明显减慢。典型丰水年水力滞留时间增幅为1~2 d,典型枯水年水力滞留时间增幅2~9 d;典型丰水年示踪剂传输时间增加值1~9 d,典型枯水年示踪剂传输时间增加值1~20 d。     

森林植被改善对鄱阳湖流域径流和输沙过程的影响

以河流基流为切入点,研究流域植被调节径流、水土保持等微观作用影响大中型河流湖泊径流过程和水沙过程宏观效应的机理。鄱阳湖流域60年来天然降水没有发生趋势性变化。流域森林覆盖率由34.73%上升到63.00%,植被质量改善,赣江等入湖河流基流增加83 m~3/s,河流输沙量减少。2000年以后和2000年以前相比较,枯水期降水径流系数增大,年流量过程平坦化,一定程度上减小洪灾风险,有利于水资源利用和生态环境保护。2001年以后进入鄱阳湖泥沙平均每年减少1 007×10~4t;出湖泥沙增加314×10~4t。因此,鄱阳湖入江水道由淤积转变为冲刷,但出湖流量过程没有趋势性变化。     

鄱阳湖水环境演变特征研究

鄱阳湖水质安全是鄱阳湖生态经济区规划实施的重要物质基础,也是长江流域生态安全的重要组成。随着鄱阳湖流域社会、经济的发展,江西省提出修建鄱阳湖水利枢纽工程,鄱阳湖水环境是影响水利枢纽工程建设的主要因素。通过收集湖区主要水质监测断面2003～2008年逐月监测资料,采用单因子评价、湖泊富营养化评价、季节性肯达尔检验等分析主要河流、湖泊水环境演变特征。研究表明,鄱阳湖区现状水质较好,全年、汛期、非汛期的Ⅰ～Ⅲ类水面积比例分别为63.9%、99.3%、40.8%,水体处于中营养-轻度富营养化状态。赣江、抚河、修河等入湖控制断面Ⅰ～Ⅲ类水比例高于90%,乐安河、长江等控制断面Ⅰ～Ⅲ类水质比例高于70%,湖口断面现状水质较差,IV类及以下水质比例高于30%。随着鄱阳湖流域社会、经济的发展,部分水质断面污染物浓度增加,湖泊Ⅰ～Ⅱ类水面积比例呈下降趋势,需要采取有效措施,减少流域污染物排放量和入湖量,实现一湖清水的目标,为水利枢纽工程实施提供良好的水环境条件。     

五河控制性水库对鄱阳湖枯水期水文情势的影响

近年来,鄱阳湖区枯水期水位降低、枯水出现时间提前、枯水持续时间延长,对湖区经济社会发展、生态系统及生物多样性带来了严重影响。为明晰鄱阳湖水系水库蓄放水调度运用对湖区枯水期水文情势的影响,选择鄱阳湖水系赣江、抚河、信江、饶河、修水等五河上7座调节性能较好的控制性水库,运用长系列径流调节计算方法,定量分析了各水库现状调度方式对下游河道及鄱阳湖区的流量、水位影响。结果表明:9月至次年2月为鄱阳湖五河控制性水库供水期,各水库对鄱阳湖区均处于补水状态,现状调度方式下月均增加入湖流量62～289 m~3/s。修水柘林水库枯水期补水对下游虬津站水位抬升作用较大,鄱阳湖赣江、抚河和昌江上水库对下游控制站水位抬升作用较小。鄱阳湖五河控制性水库不同程度抬高湖区水位0.04～0.48 m,对鄱阳湖区目前出现的枯水期水位降低、枯水时间提前等现象无不利影响。     

万安水利枢纽的水工模型试验与运行实践

万安水利枢纽位于江西万安县、赣江中游，是赣江干流上兴建的第一座大型水利水电工程。赣江为长江一级支流，是鄱阳湖水系的最大河流，流域面积83500平方公里，入湖水量687亿立方米。枢纽地处峡谷出口(以上是长达90公里的峡谷山区)，控制流域     

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。     

鄱阳湖出口近10 年水沙特征及变化初析

利用湖口水文站2012～2021年实测水沙资料,分析近10年鄱阳湖出口水沙基本特征及变化趋势,并对变化原因进行初步分析。结果表明：近10年鄱阳湖出湖输沙量呈减小趋势,鄱阳湖出湖年输沙量和含沙量出现明显的突变点在2017年左右;长江倒灌进入鄱阳湖的水量和沙量呈减小趋势,影响了出湖径流量和输沙量年内分配,但对全年鄱阳湖出湖水量和输沙量影响较弱;鄱阳湖区的采砂活动、河道冲刷对出湖输沙量影响较大。     

鄱阳湖水环境演变特征研究

鄱阳湖水质安全是鄱阳湖生态经济区规划实施的重要物质基础,也是长江流域生态安全的重要组成。本文通过收集湖区主要水质监测断面2003-2008年逐月监测资料,采用单因子评价、湖泊富营养化评价、季节性肯达尔检验等分析主要河流、湖泊水环境演变特征。研究表明,鄱阳湖区现状水质较好,全年、汛期、非汛期的I-Ⅲ类水面积比例分别为63．9％、99．3％、40．8％,水体处于中营养一轻度富营养化状态。赣江、抚河、修河等人湖控制断面I一Ⅲ类水比例高于90％,乐安河、长江等控制断面I-Ⅲ类水质比例高于70％,湖口断面现状水质较差,Ⅳ类及以下水质比例高于30％。随着鄱阳湖流域社会、经济的发展,部分水质断面污染物浓度增加,湖泊I-Ⅱ类水面积比例呈下降趋势,需要采取有效措施,减少流域污染物排放量和人湖量,实现一湖清水的目标,为水利枢纽工程实施提供良好的水环境条件。     

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.     

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。     

鄱阳湖水文特性分析

鄱阳湖是我国目前最大的淡水湖泊。应用大量实测资料，分析了鄱阳湖流域近期降水、径流、洪水、输沙等水文特性，探讨了年内年际变化及地区分布规律，并分析计算了鄱阳湖与长江洪水遭遇机率和鄱阳湖对长江洪水的调蓄作用。根据水量平衡原理，计算出鄱阳湖及长江对1968、1969、1973、1980、1983、1996、1998年等9个典型大水年最大60d洪量对应的一次洪峰调蓄，江湖调蓄量为56～165亿m^3，平均115亿m^3，其中鄱阳湖调蓄平均为95亿m^3，占总调蓄量的82.6%。鄱阳湖对五河洪水调蓄作用是很大的，对长江至八里洪水的调蓄作用也较大，如果没有其调蓄，长江中下游特别是湖口附近区域的洪水将更为频敏和严重。     

葛洲坝及三峡工程对上游槽蓄曲线影响探讨

影响水面线及槽蓄曲线的因素可概括为河段自然地理状况及水流情势.随着水利水电工程的开发建设,人类活动影响日益凸现.以三峡工程坝址以上河段为例,根据三峡库区大量实测地形和水文资料,遵循水力学分析原理和方法,建立数学、物理模型,研究三峡坝址以上河段在天然、葛洲坝单独蓄水运行、三峡工程二期导流3个不同时期的水面线和槽蓄曲线,探讨了两项水利工程建设对上游槽蓄曲线的影响.分析表明,受工程影响,同蓄量水位抬高,同水位蓄量减小.三峡坝址至双江河段蓄量同为40亿m\+3,天然时期坝址水位为63.05 m,葛洲坝蓄水后坝址水位抬高6.38 m,三峡工程二期导流时期坝址水位抬高达8.71 m.     

长江与鄱阳湖水文关系及其演变的定量分析

鄱阳湖蓄水受到自身流域来水和长江流量的双重影响,利用长江汉口和鄱阳湖星子水文监测资料,统计分析后得到长江与鄱阳湖量化的水文关系:(1)如果汉口流量小于15 000 m~3/s,长江对鄱阳湖出流影响不明显,鄱阳湖基本上自由出流,湖水位变幅较大。(2)如果汉口流量超过18 000 m~3/s,长江对鄱阳湖出流顶托作用明显,汉口流量越大,顶托越显著,因顶托而滞蓄在湖盆的水量可达31.9%~81.4%。(3)如果星子水位10.5~16.5 m且汉口流量大于20 000 m~3/s,出现长江向鄱阳湖倒灌的可能性较大;星子水位低于8 m或鄱阳湖主汛期一般不会发生倒灌。2000年以后鄱阳湖与长江水文关系发生了一些变化,主要表现在长江对鄱阳湖出流顶托作用弱化,鄱阳湖枯水期提前并延长,湖水位日涨落幅度增大。定量研究这些关系,对于鄱阳湖水资源利用、水环境和水生态保护具有重要作用。