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。     

藕池河形态变化与冲淤过程研究

藕池河是长江中游荆江河段向南洞庭湖和东洞庭湖分水分沙的三口河道之一,1950年代以来藕池河分流分沙量逐年减少,河道沿程淤积,2003-2016期间的年均断流达到185天,对荆江-洞庭湖关系调整产生重要影响。利用遥感影像、水文和地形数据分析藕池河的水沙变化,口门区、尾闾河段和分流、汇流的形态与冲淤变化,运用网格地形法和断面地形法分别计算其河槽局部冲淤量变化。1951-1980年藕池河输沙量和径流量分别减少63.4%和64.8%,1980年之后整体仍呈递减趋势,但径流量递减有所减缓。1984-2000年藕池口门区的散乱洲滩逐渐淤积发展为整体沙洲,随后往北斜长发展;东支尾闾段南北两分支封堵之后,尾闾段不断淤积发展且逐年递增。藕池口与尾闾河段的河宽逐年缩窄,递减速率分别为3.70 m/a和3.60 m/a。     

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。     

洞庭湖湖区最低生态水位的确定

为确定洞庭湖湖区最低生态水位,针对洞庭湖湖区复杂、不同湖区差异较大的问题,基于城陵矶、鹿角、南嘴、小河嘴和杨柳潭5个水文站1953—2013年的水文资料,采用天然水位资料法、年保证率法、最低年平均水位法、生态水位法、湖泊形态分析法及最小空间需求法,分别对东洞庭湖、南洞庭湖和西洞庭湖的最低生态水位进行了计算,并与前人关于洞庭湖生态水位的研究成果进行了对比分析。结果表明:东洞庭湖、南洞庭湖和西洞庭湖的最低生态水位分别为22.62 m、27.19 m和28.11 m,相应的湖面面积分别为373.85 km~2、406.88 km~2和142.19 km~2,从保护洞庭湖自然保护区的角度看,确定的最低水位是合理的。     

东洞庭湖近期冲淤演变分析

东洞庭湖洲滩水域存在较明显的动态变化,在长江与洞庭湖关系不断变化的影响下,洞庭湖出口七里山站的年水沙总量呈不断衰减趋势,三峡工程运用后,东洞庭湖水位、流量、含沙量等基本水文特征出现了明显下降或减小的变化。自1973年荆江裁弯完成后的45年,多年平均汛期4-8月径流量在年内占比61.2%～66.4%、输沙量占比56.4%～56.7%之间,变幅不大,相对稳定。根据地形冲淤与输水输沙量分析,2003年以来东洞庭湖呈冲刷状态。计算分析表明,三峡工程运用后,磊石山的水体年平均含沙量介于0.035～0.048 kg/m~3之间,东洞庭湖计算冲刷量与实际冲刷量的误差在50%以上,因地形变化较大,在东、南洞庭湖交界的磊石山进行水沙监测已有必要。     

洞庭湖泥沙输移和淤积分布特性研究

洞庭湖泥沙淤积问题影响到长江及洞庭湖防洪、水资源、水生态环境等方面,在前人对洞庭湖总体淤积研究的基础上,研究洞庭湖内部各分区泥沙输移及淤积分布规律,对洞庭湖分区域综合治理方案制定具有实际指导意义。通过对洞庭湖各分区实测水文泥沙资料及地形资料的分析统计,发现:自20世纪50年代以来,洞庭湖的泥沙淤积呈逐渐减少的趋势;三峡水库运行后,洞庭湖的年淤积量不足运行前的10%,而且西洞庭湖萎缩已处于晚期,泥沙淤积已大大减少,区域内的淤积不再以湖泊为主,而是以洪道为主。三峡水库运行后,东、南洞庭湖在未考虑区间来沙的条件下,出现汛期淤积、非汛期冲刷现象。     

基于数据场与阈值法的水灾风险等级评估方法

为了对水灾风险进行更准确的评估,根据水灾风险系统的定义以及水灾数据的特点,将水灾风险表达为年平均灾情损失与地形危险性共同作用的结果。针对水灾风险评估数据的不确定性、关联性并考虑地形因子,提出了基于数据场和阈值法的水灾风险等级评估法。以低湿地水灾多发区——洞庭湖地区的风险评估为例,以数据场来描述灾情数据的不确定性及关联性,同时根据研究区水文站点的统计数据,用阈值法来描述地形因子对水灾风险的影响,并对二者进行综合,得到区域水灾综合风险等级区划。结果表明,该方法能直观地对区域水灾风险等级进行了评估与表达,评估结果可靠。     

三峡水库运行后松滋河河床演变初探

松滋河为分泄长江洪水进入洞庭湖的主要河道,在完成洞庭湖对长江洪水的调蓄过程中起到了相当重要的作用。针对三峡水库运行后引起下游河道冲刷以及洞庭湖湖区水资源变化的形势,以2003~2013年现有水文、河道地形资料为基础,采用二维数学模型、加权残差计算和绘制冲淤渐变图,分析了松滋河区域河段河床演变的特点,对三峡水库运行后松滋河河床演变有关问题进行了初步探讨。     

三峡水库对洞庭湖水文情势影响评估

为了评价三峡水库对洞庭湖湖区水文情势影响,选取洞庭湖湖区城陵矶、南咀、杨柳潭3个代表水文站1959年～2016年历史水位资料,应用Mann-Kendall法、累积距平法检验以及滑动T检验法分析洞庭湖湖区水文特征与变化趋势,并应用水文指标变动范围法和水文改变度法综合评估了三峡水库运行对洞庭湖水文指标改变程度。研究结果明,洞庭湖湖区城陵矶站和杨柳潭站年均水位呈现增长趋势,南咀水文站呈微弱减少趋势;突变年份出现在2003年,三峡水库蓄水后洞庭湖水文情势改变明显; 3个站点水文整体改变度分别为56%、45%和50%,属于中度改变。     

基于层次分析法的洞庭湖健康评价

为维护洞庭湖健康,需要对洞庭湖的健康进行有效评价,为开展新一轮的洞庭湖综合治理提供决策参考和技术支撑。据此需要建立由总体层、功能层、状态层和指标层,包含13个指标的洞庭湖健康评价指标体系。为减少人为造成指标体系权重偏离,建立了基于AHP法的洞庭湖生态系统健康综合评价模型,对洞庭湖的总体健康情况进行评价。评价结果表明：洞庭湖的总体健康状况较差。     

荆江-洞庭湖河网水流数值模拟与分析

据荆江-洞庭湖水系1998年实际地形资料,对荆江-洞庭湖区进行河网概化处理,建立了荆江-洞庭湖河网数学模型;采用1998年7月2日～8月27日实测资料进行验证计算,并对荆江分洪区假定分洪的情况进行模拟.结果表明:模型计算值与实测值吻合较好,能模拟荆江分洪区启用对下荆江河段的分洪作用.对荆江-洞庭湖复杂边界条件的概化比较符合实际情况,可以模拟边界条件复杂的河网.     

洞庭湖上游平原浅层地下水水质综合评价

采用综合指数法、主成分分析(PCA)法和BP神经网络法对洞庭湖上游平原浅层地下水雨、旱季水质进行了综合评价,并分析了3种方法的适用性。结果表明:洞庭湖上游平原浅层地下水存在大面积地质成因污染和局部人为成因污染;雨季西洞庭湖平原澧水和沅江之间以及南洞庭湖平原资江下游浅层地下水为Ⅳ类水,可用于灌溉,不适宜饮用,雨季后受到降水补给、稀释作用,各指标质量浓度普遍降低。BP神经网络法适合整体水质评价,评价结果最合理;PCA法较简单,水质综合评价的结果与BP神经网络法的结果更接近;综合指数法的评价结果受主要污染指标的影响较大,适用于严苛的水质评价。     

洞庭湖设计洪水的分析与计算

本文以翔实的资料分析了洞庭湖洪水地区组成及出现规律，用逐级同频率法、同频率和典型年耦合法推求和洞庭湖不同频率的设计洪水，为洞庭湖的防洪规划及防洪调度提供了可靠依据。     

洞庭湖区白沙至茅草街河段水沙特性及浅滩成因初步分析

根据实测资料分析了洞庭湖白沙至茅草街河段往复水流区的水沙特点、双向水流泥沙运行规律,并对枯水期碍航浅滩的地形资料进行了初步分析,为航道整治工程提供参考依据。     

荆江河段河道冲淤变化及影响分析

根据荆江河段10次长程水道地形观测资料,采用"断面地形法"(切割断面计算河道冲淤量)进行了荆江河段河床冲淤变化计算与分析.结合典型断面变化对冲淤计算成果的合理性作了比较分析.同时对荆江河段河道冲淤变化对河道高水位影响进行了探讨性分析,河道水力因素调整、洞庭湖的顶托作用增强、三口分流分沙比减少、分蓄洪水面积的减少是出现高洪水位的主要原因,而河段泥沙淤积只是其中一个次要因素.     

基于遗传算法的洞庭湖富营养化指标预测模型

在已获取调研资料和实测数据的基础上,分析了洞庭湖富营养化评价指标及其影响因子之间的统计特性,据此建立了描述洞庭湖富营养化评价指标及其影响因子之间变化关系的、基于最小一乘法的多元线性回归预测模型,并给出了统一用加速遗传算法进行洞庭湖富营养化评价指标预测模型的参数优化估计,预测了2010年洞庭湖富营养化评价指标值。     

洞庭湖四水流域入湖径流量变化特征及影响因素分析

为了揭示洞庭湖的径流量变化规律,为洞庭湖流域水土保持生态建设和湖泊水资源的合理利用以及流域综合治理提供科学依据,以典型水文站点近60年的长时间序列资料为基础,利用多年平均值法、原始数据趋势分析法、M-K趋势分析法对洞庭湖四水流域入湖的径流量变化特征及成因进行了分析.结果表明:湘资沅澧四水的径流量变化不大,石门站无明显下...     

洞庭湖水质变化及其形成机制分析

利用洞庭湖区14个监测断面的1991-2015年水质监测数据以及入出湖9个水文站的径流量和输沙量数据,结合水质单因子评价法和综合营养状态指数法系统评价和分析了洞庭湖水质与营养状态演变特征。结果表明:洞庭湖水质整体上表现出明显的恶化趋势,由1991-1994年的Ⅱ类水质为主演变为2011-2015年的Ⅳ水质为主;洞庭湖富营养化状态由中营养状态逐步演变为轻度富营养化,导致水质变化的关键指标是TN和TP;从空间分布看,东洞庭湖污染最为严重,西、南洞庭湖污染较轻。探讨了洞庭湖水质变化的主要致污因子,点源和面源是其两大主要污染物来源,同时还受江湖关系变化的影响,尤其是受到荆江三口来水锐减的影响。最后对治理湖区水质环境提出建议和对策,为湖区水生态安全提供理论基础和政策支持。     

极端气候事件对洞庭湖水文连通性变化的影响

为揭示洞庭湖近十几年水文连通性的变化特征并对其未来变化进行预测,研究极端气候事件在洞庭湖水文连通性变化中作出的贡献,使用水文连通性指数法、ETCCDI极端气候指数、Hurst指数以及数理统计分析方法进行研究。研究结果表明：洞庭湖水文连通性整体呈现夏季>秋季>春季>冬季的特征,夏季、秋季、春季和冬季的整体连通性指数均值分别为0.95、0.88、0.81和0.63,且洞庭湖的水文连通性在近30年比较稳定;经持续性预测发现洞庭湖水文连通性Hurst指数均大于0.5,表示其在没有人类活动干扰的情况下会在未来呈延续下降的趋势;洞庭湖水文连通性指数随着水位增加逐渐增加且增速逐渐放缓,水位增加对其具有正向影响的边际递减效应;极端降水事件对洞庭湖水文连通性具有较为明显的正向影响,而极端气温事件对洞庭湖水文连通性影响作用较小。研究结果有助于充分认识洞庭湖水资源演变规律,对保障洞庭湖流域水资源安全具有重要的理论和现实意义。     

基于Landsat2T M 影像的洞庭湖水面动态变化

为了探究近20 年来洞庭湖萎缩状况, 定量评价其水面面积变化情况, 选择Landsat TM 遥感影像作为数据 源, 采用单波段阈值分析法、多波段谱间关系法、水体指数法、植被指数法和目视解译法对洞庭湖水体进行了解译, 探讨了1993 年- 2010 年洞庭湖水体面积动态变化状况。结果表明, 若以1949 年洞庭湖面积( km2 ) 作为历史参考 水面, 则18 年间湖面积萎缩严重, 秋季平水期萎缩比例均超40%; 若以1978 年洞庭湖水面为参考, 则萎缩比例少 于40%。研究还表明, TM 图像的72422 波段组合对于洞庭湖水体的解译非常有效, 可以作为地区水文水资源研究 的重要手段。