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.     

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     

荆江与洞庭湖汇流区演变分析

 对荆江与洞庭湖汇流区的水沙过程变化及河道演变等进行了分析，认为其主要的影响因素是江湖关系的调整变化、洞庭湖人工围垦和泥沙淤积、江湖汇流区下游河道变化以及上游来水来沙变化等。可供江、 湖治理和三峡枢纽下游河道可能发生的演变及工程措施的研究参考。     

Flood management of Dongting Lake after operation of Three Gorges Dam

Full operation of the Three Gorges Dam (TGD) reduces flood risk of the middle and lower parts of the Yangtze River Basin. However, Dongting Lake, which is located in the Yangtze River Basin, is still at high risk for potentially severe flooding in the future. The effects of the TGD on flood processes were investigated using a hydrodynamic model. The 1998 and 2010 flood events before and after the operation of the TGD, respectively, were analyzed. The numerical results show that the operation of the TGD changes flood processes, including the timing and magnitude of flood peaks in Dongting Lake. The TGD can effectively reduce the flood level in Dongting Lake, which is mainly caused by the flood water from the upper reach of the Yangtze River. This is not the case, however, for floods mainly induced by flood water from four main rivers in the catchment. In view of this, a comprehensive strategy for flood management in Dongting Lake is required. Non-engineering measures, such as warning systems and combined operation of the TGD and other reservoirs in the catchment, as well as traditional engineering measures, should be further improved. Meanwhile, a sustainable philosophy for flood control, including natural flood management and lake restoration, is recommended to reduce the flood risk.     

长江科学院长江泥沙若干问题研究与实践

简要介绍了近50年来,长江河道水流泥沙运动、河道演变、河道整治及水利枢纽泥沙问题研究情况与所取得的进展,提出了需要继续深入研究的若干重大问题,包括长江水土资源综合利用、干支流水库群联合运用对水沙及江湖演变的影响与对策、长江中下游河道和湖泊及长江口治理研究等。     

长江流域泥沙资源供需矛盾及对策

针对长江含沙率较小但输沙量较大的特点,需要采取一定的措施,在减小或避免其泥沙致灾的同时,将其加以合理利用,实现减灾兴利。根据长江流域干支流主要控制站的水沙实测资料,统计分析了包括三峡水库蓄水运用以来近50余年的长江上游、三峡工程坝下游干流河道与洞庭湖水系、鄱阳湖水系及支流汉江的泥沙输移变化,阐述了长江流域泥沙资源化的主要表现,揭示了长江流域泥沙资源的供需矛盾,并提出了相应的缓解对策。     

2017年汛期三峡水库城陵矶防洪补偿调度影响分析

2017年6月下旬至7月初,长江中下游连续发生两次强降雨过程,7月1日长江形成2017年第1号洪水,长江中下游干流莲花塘以下江段及洞庭湖、鄱阳湖水位全线超警,发生了中游型大洪水。为减轻长江中下游防洪压力,避免莲花塘站超保证水位,7月1～3日,对三峡水库进行了城陵矶防洪补偿调度,将出库流量由27 300 m3/s减至8 000 m3/s。对2017年汛期三峡水库对城陵矶进行防洪补偿调度后,水库泥沙淤积、荆江三口分流、坝下游河道冲淤与崩岸以及长江中下游洲滩淹没等影响进行了分析。结果表明,调度实施后,显著减轻了洞庭湖区及长江中下游干流的防洪压力,有力保障了长江中下游的防洪安全。研究成果可为三峡水库制定科学调度方案、进一步发挥三峡工程综合效益提供支撑。     

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。     

长江中下游河床地貌演变与水资源保护的预测研究

将水利工程对河床地貌演变及其对洪水变化的影响进行预测 ,结果表明 ,洞庭湖区洪水位下降 ,但河道淤塞加快 ;鄱阳湖水位年变幅小 ,泥沙淤积增多 ;太湖流域的排洪和排污依然困难。     

荆江三口与洞庭湖水沙变化及影响

根据荆江三口与洞庭湖50年水沙资料,对荆江三口分流分沙变化、洞庭湖入湖和出湖的水沙变化、洞庭湖面积和容积变化、汇流河段的水位变化四个方面进行分析研究。从长系列资料来分析,荆江三口分流分沙自20世纪50年代以来明显减少尤其藕池口最为明显;入湖和出湖水沙也有减少趋势,洞庭湖面积和容积自20世纪90年代中期以来有增加趋势;在高水位时城陵矶水位较裁弯前抬高约1.8 m,低水位时较裁弯前抬高约2 m。     

洞庭湖地形变化对洪水过程的影响研究

为了更好地理解地形变化对湖泊洪水过程的影响,采用已构建的长江-洞庭湖二维水动力模型,在洞庭湖2003及2011年实测地形的基础上,以2003年型洪水为例,定量分析了湖泊地形变化对洞庭湖洪水过程的影响。结果表明：2003—2011年洞庭湖超过40%的区域地形下降值大于0.10 m,特别是湘江洪道,其深泓线地形高程平均下降了5.72 m。通过对2003年洪水过程模拟发现,相比于2003年,在2011年地形情况下,以“四水”来流为主导的洪水过程中,南洞庭湖内洪峰水位下降超过0.40 m,西洞庭湖内洪峰水位下降约0.20 m,东洞庭湖内仅在南部地形变化较大区域的水位变化明显;斗米咀-城陵矶河段水面坡降变缓,南洞庭湖内洪道水面坡降变陡。而对于以长江来流为主导的洪水过程,由于长江洪水位的顶托作用,洞庭湖内洪峰水位下降了0.15 m,斗米咀-城陵矶河段及南洞庭湖内水面坡降下降不明显。因此,2003—2011年洞庭湖地形变化对“四水”来流型洪水影响较大,湖盆下切导致湖容增大,可有效缓解洞庭湖内防洪形势,但对长江来流主导的洪水影响较小。研究结果可为洞庭湖内疏浚扩容等防洪工程的开展提供参考。     

试析荆江四口建闸控制对江湖冲淤的影响

应用一维悬移质数学模型 ,对三峡工程建成后长江中下游干流和洞庭湖区冲淤变化进行了联合计算 ,在此基础上研究了荆江松滋口和藕池口的建闸调度方案对江湖冲淤和三口分流分沙的影响。结果表明 :建闸控制后 ,三口分流分沙量减少 ;松滋口减幅最大 ;长江干流河道冲淤变化较小 ;松滋口分流道淤积 ,洞庭湖区淤积量明显减少     

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。     

水沙变化下松滋口大湖口河段健康评价及影响分析

松滋口是长江向洞庭湖输运水沙的重要通道,长江上游水库群的修建改变了其水沙模式,一定程度上对河湖健康产生了影响。基于松滋河东支大湖口河1991-2017年的实测水沙数据,分析其水沙年际及突变变化,建立考虑水沙过程的大湖口河健康评价模型,综合物理形态、生态环境、社会服务3个方面,对其健康状况进行评价并分析变化趋势。结果表明：1991-2017年大湖口河径流量年际无明显变化,但输沙量呈显著减小趋势,减幅达98.5%;研究期水沙突变时间节点为1997、2003和2006年,与上游水库的修建及运行时间较为一致;大湖口河整体健康水平处于中等,在现有水沙变化条件下,大湖口河的健康水平呈现下降趋势,需要采取进一步治理修复措施。     

荆江三口分流分沙及洞庭湖出口水沙输移的变化规律

荆江三口分流分沙及洞庭湖出口水沙输移的变化,不仅关系到洞庭湖区防洪、航运及水资源利用等,而且影响到长江与洞庭湖关系的变化趋势。利用三峡工程蓄水前后的最新实测资料分析荆江三口分流分沙及洞庭湖出流水沙变化规律,得到以下成果与结论：三峡工程蓄水以来荆江三口分流分沙比无明显变化趋势,但荆江三口分沙量大幅度地减少,其中三口五站断流天数也无明显变化,除弥陀寺、康家港断流时长江干流临界流量略有减少外,其它三站干流临界流量均变化不大。三峡工程蓄水后七里山年均输沙量减少幅度不大,但洞庭湖排沙比显著增大,甚至部分年份洞庭湖排沙比超过100%。此成果对于深入研究江湖关系调整规律和预测长江与洞庭湖的变化趋势均具有重要意义。     

江湖关系的历史和未来

江湖关系是长江大保护中一对重要的关系,本文从历史文献、地质、考古的角度论证了江湖关系的变迁,剖析了其变化的主要原因,详细分析了1949年以来江湖关系变化的情况,提出维持江湖关系基本格局的必要性,认为处理江湖关系应以“维持格局,长期监测,修复生态,工程辅助,江湖库三利”为基本原则,并在水库优化调度、荆江河道岁修、洞庭湖三口清淤、两湖入江水道整治、开展生态调度、珍稀水生生物放流、水文与水生动植物耦合关系研究及泥沙监测研究等8个方面,提出了近期需采取的主要措施。可为长江大保护工作的开展提供新的思路。     

湖南重要河湖生态基流及敏感生态需水现状评价

为协调生产、生活、生态之间的用水关系,在湖南省洞庭湖水系主要河流(湖泊)选取生态基流(水位)和敏感生态需水断面,对其生态需水满足状况进行评价。根据实测及现场收集资料,在充分考虑湖南省主要河段重要控制断面及湖南省各主要流域、区域气候和水文特点的基础上,拟定了湖南省36个重要河湖生态基流、生态水位控制断面,8个重要河湖敏感生态需水控制断面来计算生态基流及敏感生态需水。计算结果表明:36个控制断面生态基流总体基本可以满足;8个典型河段敏感生态需水方面,柘溪水库、沅江常德段生态需水满足程度为优,东洞庭湖、西洞庭湖、南洞庭湖、湘江衡阳段、湘江湘潭段生态需水满足较好,生态需水为良好,但索溪水库的生态需水满足程度评价结果为劣。     

长江中游底泥质量现状调查研究

为研究长江中游底泥的质量现状,选取干流和湖泊点采集底泥样品,对主要指标(重金属、总P、总N及有机质)进行测试分析,采用NOAA泥沙质量标准和背景值质量标准对底泥质量进行模糊综合评价。从总体上看,中游干流底泥质量较好,而湖泊点底泥质量不容乐观。中游干流八处采样点中七处底泥质量良好,城陵矶莲花塘底泥质量最差,对水体环境存在一定有害风险;中游五处湖泊采样点中监利天鹅洲白暨豚保护区和洪湖深水区两处底泥质量良好,洞庭湖和武汉东湖质量一般,而梁子湖底泥质量较差。为维护长江的水生生态环境,应有效控制进入长江(尤其是邻近湖泊)的点源及面源污染。     

基于MLP方法的长江-洞庭湖江湖水沙交换演变规律研究

基于多层感知机MLP(Multi-layers Perceptrons)方法建立了长江和洞庭湖水沙交换关键节点间的回归关系,计算并分析江湖水沙交换各节点的联动变化。研究结果如下:（1）城汉河段（城陵矶-汉口）的河床冲淤及水情变化是江湖水沙通量演变的重要环节,分析下荆江裁弯后三口和干流水沙通量的变化可知,城汉河段淤积严重导致荆江水沙下泄受阻;（2）三峡水库运用后,荆江河段上下游间、主支汊间的水沙联系减弱明显;（3）当汉口水位高于26 m时,汉口水位每抬升1 m对应的螺山流量增量基本稳定,该值在调弦口建闸前后、裁弯后、葛洲坝截流后和三峡水库运用后分别为4 400,4 300,4 500～4 700 和4 000 m3/s;（4）荆江三口水沙分泄能力对宜昌站来水量的响应程度逐渐减弱,在三峡水库运用前各时段内,三口水沙分泄能力对来水量的响应程度在汛期宜昌站流量站流量为35 000 m3/s时最强,三峡水库运用后,则是在汛前和汛后宜昌站流量为25 000 m3/s时最强。     

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。