水位推算流量数学模型的研究

利用水情变化复杂的城陵矶（七里山）水文站的实测流量又有关的水位数据，研究建立了水位推算流量的新型数学模型与计算机算法，并采用Ｃ语言编制了一个水位推算流量数学模型的参数拟合通用程序。利用城陵矶站１９７６￣１９９３年间的连续测验数据对模型与算法进行验证的结果表明，模型具有较好的计算精度。用通用程序处理位于长江干流的螺山水文站的测验数据后也获得了很好的计算精度，这说明它具有在各类水文测站推广应用的价值。     

荆江河段地形变化对洞庭湖水文情势的影响

基于实测数据分析了荆江河段冲淤变化特征,采用数值模拟方法定量分析了三峡水库建库前后荆江河段地形变化对2008—2018年8—11月洞庭湖水文情势的影响。结果表明：荆江河道地形变化导致洞庭湖区8—11月水位下降,地形变化对洞庭湖区水位的影响程度随着与城陵矶距离增加而减弱;荆江河段和三口洪道冲刷下切削弱了长江与洞庭湖的水力联系,导致同样来水条件下荆南四河入湖和城陵矶出湖水量减少,从而间接降低了洞庭湖的调蓄能力;在枝城站来水一定的条件下,荆南四河分流量减少导致沙市—螺山河段的流量增加,同流量下螺山站中低水水位有一定的抬高。     

长江螺山站50年来基流演变趋势分析

基流是枯水期河川径流量的主要补给来源,合理确定基流过程及其演变趋势在水资源、水环境和水安全的管理中都有着重要的意义。本文选用HYSEP法对长江螺山站1965-2011年的逐日流量过程进行了基流分割,得到了螺山站基流过程,选用M-K趋势检验法分析了总径流量、基流量及基流指数(BFI)值的年际变化。结果表明:螺山站多年平均BFI为0.83;近50年来,年均径流和基流都呈现显著下降趋势;年均降水量和基流指数分别表现出下降和上升趋势,但趋势并不显著;径流年内分配不均,且主要集中在4-9月,基流表现为1-7月份增加,8-12月份减少;BFI年内则呈1-4月下降,10-12月上升的变化趋势;人类活动和上游洞庭湖的调蓄作用可能是影响螺山站基流过程的主要原因。     

三峡水库调洪调度对江湖汇流区洪水相互顶托的影响

三峡工程是长江干流重要的控制性工程,自水库蓄水以来,下游河段的水情发生了较大变化。基于1990-2017年长江与洞庭湖汇流区的监利、城陵矶、螺山3个水文站7-8月水位及流量资料,运用相关分析、对比分析、汇流比等方法系统研究三峡水库调洪调度运行期(7-8月)对江湖汇流区水情的影响。结果表明:监利站下泄流量占来水总量的比重由58. 81%增加到60. 53%,洞庭湖湖口城陵矶站出流的比重由43. 19%减少至37. 68%。监利与城陵矶的汇流比由1. 36增加到1. 61;监利、城陵矶、螺山3站的流量、水位均有所下降,其中减少或下降幅度最大的是螺山站,7-8月平均流量减少6401. 39 m~3/s,水位下降了1. 32 m;监利、城陵矶、螺山3站之间的水文相关程度有所下降,其中螺山站的流量与监利站的水位相关性较强,其相关系数为0. 9219;在不同量级流量水位下,江湖洪水相互顶托强度均有不同程度的减弱,但其顶托作用仍然存在,其中以螺山站高洪水位对城陵矶和监利站泄洪的顶托作用较强。     

城陵矶水文站水位流量关系变化规律分析

根据洞庭湖出口控制站城陵矶站１９５６～１９９８ 年实测断面和流量等资料， 分析该站水文断面年内及年际冲淤变化规律， 并运用水位流量关系单值化技术， 分析该站水位流量关系历年的变化。分析表明， 城陵矶站河道断面年内冲淤变化渐趋稳定， 年际冲淤变化呈淤积状态， 从１９８８ 年起出现冲刷趋势； 其水位流量关系历年变化， 同水位下泄洪能力高、中、低水均呈减小趋势， 同流量下水位低、中水均有不同程度的抬高， 高水变化趋小。本成果可供洞庭湖综合治理、三峡工程运行调度和长江中下游防洪规划等参考     

长江城陵矶——汉口河段的冲淤变化及影响分析

通过对长江中游城陵矶至汉口河段冲淤变化的分析，得出了城陵矶至汉口河段在平滩及枯水河槽的多年淤一，以及河段冲淤量在时间和空间上的分布规律，最后通过河段冲淤对螺山水文站水位流量关系的影响研究，探讨了河段冲淤对长江中游干流洪水水位抬高的影响程度，为弄清长江１９９８年洪水水位偏高的原因提出了参考意见。     

长江中游螺山站水位流量关系分析

螺山水文站是长江中游河段的重要控制测站,通过分析不同因素影响下螺山水文站水位流量关系及其变化规律,得出了螺山站水位流量关系多年基本稳定的原因。计算了螺山水文站在裁弯前后因河床淤积导致水位流量关系抬高的程度。为消除洪水涨落率、变动回水和断面冲淤的综合影响,提出了螺山站不同水位级下的水位流量关系,对于洪水期水文预报以及超额洪量分配与调度,具有重要的参考价值。     

三峡水库蓄水后长江中游干流来水量变化分析

为了解三峡水库建成运用后对长江中游径流产生的影响,依据宜昌、汉口、仙桃、城陵矶等主要水文站多年流量资料,对三峡水库蓄水前后汉口站年径流量、径流量年内分配、年最小流量等进行了统计分析。结果表明,三峡水库蓄水运用以后,汉口站年径流量没有发生明显变化,但汛后流量减小、枯期流量增大,汛期则受三峡水库削峰拦洪影响,7,8月流量减小,径流年内分配也发生了一定变化。三峡水库蓄水运用对汉口站径流带来的变化有利于长江中下游的防洪与水资源利用。     

长江城陵矶─—汉口河段的冲淤变化及影响分析

通过对长江中游城陵矶至汉口河段冲淤变化的分析，得出了城陵矶至汉口河段在平滩及枯水河槽的多年淤积量，以及河段冲淤量在时间和空间上的分布规律。最后通过河段冲淤对螺山水文站水位流量关系的影响研究，探讨了河段冲淤对长江中游干流洪水水位抬高的影响程度，为弄清长江１９９８ 年洪水水位偏高的原因提出了参考意见     

泥沙淤积与洞庭湖调蓄量变化

本文通过实测资料分析并比较了洞庭湖八十年代和六十年代调蓄量，在相同的入湖流量和出口城陵矶水位的条件下，得到汛期高水位时八十年代调蓄量大于六十年代的认识。调蓄量增大的主要原因是由于螺山至汉口河段的大量淤积，城陵矶附近长江干流的洪水位不断抬升，造成相同水位下洞庭湖出流量大幅度减少。上述调蓄量的增大，对降低长江中游河段水位起到积极的作用，但同时加重了湖区的防洪压力。     

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。     

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。     

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。     

近10年来洞庭湖区水面面积变化遥感监测分析

以Terra/MODIS 8d合成的250m地表反射率数据产品MOD09Q1(MODIS Terra Surface Reflectance 8-Day L3 Global 250m)为主要数据源,采用多源信息水面提取的方法对2000年3月—2008年12月间洞庭湖区水面面积的变化特征和趋势进行了监测分析。分析结果显示:(1)洞庭湖区水面变化的季节性特征显著,其中枯水期11月—次年4月份间的湖区水面相对较小,基本在500km2左右,而洪水期5—10月份的水面则相对较大,尤其每年的7—9月份最大,维持在2000km2左右,两者几乎相差了4倍;(2)受气候变化与三峡工程初期运行等因素的共同影响,洞庭湖区水域面积总体上呈现出一定程度的下降趋势;(3)通过流域年降水量变化分析和三峡水库蓄水运行前后松滋、太平和藕池三口年径流量变化对比,发现流域内降水带来的入湖水量偏少是近年来洞庭湖区水面面积减小的主要驱动因子;(4)近年来9、10月份洞庭湖流域降水减少与三峡水库汛末蓄水同期,将共同造就最终入湖水量锐减,加重湖区夏秋连旱程度,进而诱发系列生态安全问题。     

洞庭湖入江水道断面调整模式研究

为研究洞庭湖入江水道断面的调整规律,选择城陵矶(七里山)水文断面,根据1962—2010年的实测水沙数据,运用小波分析方法对流量、含沙量序列进行多时间尺度分析,探明了洞庭湖入江水道水沙条件的周期变化规律;并选取城陵矶(七里山)枯水河槽断面面积为特征变量,结合流量小波系数对水沙条件序列进行时段划分;基于滞后响应原理,建立了适用于城陵矶河段断面面积对水沙条件的分时段变化调整模型。结果表明,建立的模型可以较好地模拟洞庭湖入江水道断面的调整规律,计算值与实测值拟合系数R²为0.77。     

三峡水库运行以来洞庭湖水文条件变化与对策

为了解三峡水库运行以来洞庭湖区的水文条件变化和影响,利用实测水文地形资料对三口水沙、城陵矶水位变化与湖泊萎缩、三口河系水源不确定性及洞庭湖变化趋势等进行了分析。结果表明:在三峡水库及其上游梯级水库调节下,清水下泄及径流过程的进一步坦化,出现了洪水在城陵矶附近进一步集中、三口河系水资源与水环境的水源缺失的不利影响;未来水情趋势下三口仅松滋口具备不断流条件,洞庭湖主要以西、南、东洞庭湖内深水河道转化为河流形态。为缓解这些变化的影响,可通过湖区防洪工程体系提质改造和区域再划分,以适应城陵矶附近防洪蓄洪的水情变化;通过稳流拓浚,维持三口河系中下游水源条件,以改善该区域水资源水环境;通过城陵矶出口控制调节水位,以维护洞庭湖湖泊水域条件,保障湖泊湿地的生态安全。     

三峡水库对城陵矶防洪补偿库容释放条件分析

针对三峡工程承担的防洪任务,从长江流域与洞庭湖水系洪水特性,城陵矶附近地区防洪标准及防洪补偿调度方式,分析提出了三峡水库对城陵矶防洪补偿库容的释放条件。在发生流域型大洪水的年份,因需要三峡水库长时间拦蓄洪水,动用较多防洪库容,水库将长期处于较高水位运行状态。如洞庭湖水系不发生大洪水,三峡水库对城陵矶地区防洪补偿库容就可释放。除发生流域型大洪水的年份外,7月中旬后,洞庭湖水系一般不会发生大洪水,加上洞庭湖自身具有较大的调节洪水能力,防洪安全有保障,8月1日之后有条件逐步抬升三峡水库水位至155 m运行,可提高水资源综合利用效率,也可减轻三峡水库蓄水期间蓄水对湖区水位的影响,保障湖区供水安全。研究结果对三峡水库科学调度具有指导意义。     

近60多年洞庭湖水沙演变特征及其与人类活动的关系

基于1955—2018年洞庭湖水沙数据,运用Mann-Kendall检验法、双累积曲线等方法分析了洞庭湖近60多年水沙演变特征及其与人类活动的关系。研究结果表明:①受长江荆江段河道变化以及水利枢纽建设等的影响,三口、四水入洞庭湖水沙呈显著下降趋势,其中以三口输沙量的变化最为显著,且受三口水沙变化的影响,城陵矶年径流量与输沙量均呈下降趋势;②1955—2018年,洞庭湖湖盆泥沙淤积量呈显著下降趋势,泥沙淤积量的减小主要与由水利工程建设等人类活动引起的三口输沙量的减小有关;③水利工程建设等人类活动降低了水体中的泥沙浓度,使得径流-输沙双累积曲线发生偏折,通过建立偏折前后累积径流-输沙关系,可定量评价人类活动对洞庭湖水沙的影响。水利工程建设等人类活动使得三口、四水以及城陵矶输沙量平均每年分别减少0.69×10⁸ t(2003—2018年)、0.22×10⁸ t(1986—2018年)和0.21×10⁸ t(1981—2018年)。     

三峡水库运行对荆江三口分流的影响评估

荆江三口作为连接洞庭湖和荆江的纽带,历来是研究洞庭湖区防洪、航运、水环境变化和水资源利用的关键点。通过建立荆江三口分流模型,将2008—2015年枝城日实测流量和相应的还原流量作为模型输入资料,计算出有、无三峡工程情况下荆江三口的分流量。探讨了三峡水库对荆江三口发流量、分流比、断流情况的影响(此影响为径流调节和河道调整的综合影响),同时分离并探讨了河道调整对荆江三口分流量变化的影响。结果表明:有三峡工程情况下,在径流调节和河道地形调整的综合影响下,汛前消落期荆江三口多年平均分流量和分流比分别增大28.17%,9.59%,断流情况基本无变化;汛期多年平均分流量减少2.11%,分流比增长0.56%,断流情况变化不大;汛末蓄水期多年平均分流量和分流比分别减少33.87%和19.84%,松滋口和太平口断流情况无明显变化,藕池口断流天数增多且断流日期提前;枯水期三口多年平均分流量增大8.60%,多年平均分流比减小2.93%,松滋口和藕池口在有三峡工程情况下每年分别平均少断流30.43,6.80 d,太平口每年平均多断流30.86 d;其中,河道地形调整使汛期荆江三口分流量增加2.73%,汛前消落期、汛末蓄水期、枯水期荆江三口分流量分别减小16.62%,3.10%,18.49%。该结果可为洞庭湖区湖泊干旱情况、水资源利用与保护及三峡水库的运行调度提供研究基础。