荆江与洞庭湖关系及防洪对策

本文着重论述了荆江和洞庭湖相互影响和制约的关系,认为荆江裁弯和四口分流分沙逐渐变小对减轻洞庭湖区的泥沙淤积和洪涝灾害(包括荆江和江汉平原地区)有利,但却引起了城陵矶河床和水位高程的抬高,又阻碍了洞庭湖的泄流排沙,不利洞庭湖的防洪。江湖关系这一矛盾和洪涝灾害,只有靠三峡水利枢纽工程兴建才能基本解决。在三峡工程兴建前,所有减轻荆江和洞庭湖区洪涝灾害的对策,都应从研究理顺江湖关系出发,使其符合江湖两利的原则。     

三峡建库前后洞庭湖对下荆江的顶托与消落作用研究

自然通江的洞庭湖与长江间复杂的关系影响着下荆江尾闾河段的水文情势变化。三峡建库后洞庭湖出口基准面的变化,使得湖对江的顶托与消落关系发生调整,进而影响防汛抗旱与生态保护。从水面比降变化出发,以顶托消落比表征湖对江的顶托消落作用,利用1991—2017年监利站、螺山站、七里山站水文资料,分析洞庭湖对下荆江顶托、消落作用及其变化规律,并根据平衡比降公式,从理论上解释了蓄水前后比降变化的合理性。结果表明：蓄水后监利-城陵矶、城陵矶-螺山水面比降均有所增大。1991—2002年、2003—2007年、2008—2017年以来,监利-城陵矶河段年内月最小水面比降的出现时间有所推迟,对应的城陵矶水位有所升高,汇流比有所减小,湖对江的顶托作用有所减弱。1991—2017年湖对江综合表现为顶托作用,三个时期顶托消落比减小的原因为顶托作用减弱而非消落作用增强。从年内变化看,湖对江表现为消落作用出现在汛后（9~10月）及2008—2017时期枯水期（1~3月）。三个时期顶托消落比均受汇流比的影响,当汇流比小于0.5,洞庭湖易产生消落作用,当汇流比大于1,洞庭湖顶托作用增强。当长江流量小于6000m3/s,湖对江均表现为顶托作用。1991—2002年时期顶托消落作用主要受洞庭湖出流的影响而2008—2017年时期主要受长江干流流量的影响。研究成果可为江河湖泊治理与保护提供科学依据。     

不同来水来沙条件下山区河流的河床响应试验研究

山区河流受季节性水文条件及产沙过程的影响,水沙条件变化频繁。尤其是暴雨山洪频繁挟带大量泥沙进入河道,从而引起河床急剧调整。本文以龙溪河典型河段为研究对象,通过调查天然河道的地形、床沙组成及来水来沙特性,开展了系列水沙模型试验,突出分析了来水来沙条件变化的河床响应。试验包括不同流量下清水冲刷和恒定流量下改变泥沙补给条件两种对比方案。以泥沙起动条件的沙莫夫公式判定方法,分析比较了不同工况条件下的断面泥沙起动流速和水流运动平均流速的关系,揭示了不同断面间泥沙冲淤特性及河床变形特点。在此基础上,探讨了河道沿程水位变化及致灾范围,对比分析表明,龙溪河在清水来流条件下,即使通过最大流量300m3/s,洪水位也未超过龙池镇堤防高程,即清水来流条件一般不会影响龙池镇的防洪安全。若大量泥沙下泄至主河道,龙池镇段由于河床比降变缓与河道展宽等床面形态的变化,水流平均流速显著降低,携沙能力减小,引起大量泥沙淤积,致使水位陡增,甚至出现漫滩现象,存在显著的防洪安全隐患。随着泥沙补给量的不断增加,河床不同区域输沙动力的调整制约了泥沙的输移距离,从而引起局部区域河床的淤堵,并导致洪水位的增加,甚至产生漫滩洪水并诱发洪水灾害。研究表明,山区河流泥沙补给对河床响应及水沙灾害具有重大的影响,来水来沙变化下的水沙运动致灾机理急需深入研究。     

黄河下游游荡段持续淤积及冲刷时平滩河槽形态调整规律

自1986年以来,由于上游来水来沙量不同程度的减少及小浪底水库的运用,进入黄河下游的水沙条件发生了较大变化.下游河道分别经历了持续淤积和持续冲刷的过程,其平滩河槽形态调整较为显著,尤其在游荡段.利用1986-2012年汛后实测淤积断面资料,统计了各年游荡段汛后28个断面的平滩河槽形态参数(平滩河宽、水深及面积等).然后,采用基于对数转换的几何平均结合断面间距加权平均的方法,计算了基于河段尺度的游荡段平滩河槽形态,并分析了这些参数的变化规律.计算结果表明:河段平滩河槽形态的调整与汛期及非汛期水沙条件都密切相关,且能与前期4年平均的汛期及非汛期的流量及来沙系数建立经验函数关系.该关系式可反映出流量、来沙系数对平滩河槽形态各参数的不同影响,并有较高的相关系数.     

围垦和淤积对洞庭湖调蓄量的影响

根据实测资料分析了荆江三口分流分沙比的变化及洞庭湖、螺山汉口河段泥沙淤积的变化规律 ,重点研究了湖区人工围垦和下游淤积对洞庭湖调蓄量的变化的影响 .结果表明 :人工围垦使湖区调蓄量减小 ,下游淤积使调蓄量增加 ,除个别围垦较剧烈的年份之外 ,二者的综合作用使调蓄量基本为逐年增加 .     

三峡建库后荆江河段河床形态变化

分析了三峡建库后下泄水沙条件的变化，预估了荆江河段横断面的发展趋势，指明了荆江河段在下切的同时仍维持现在的弯曲与蜿蜒河型．     

三峡建库后荆江河段河床形态变化

分析了三峡建库后下泄水沙条件的变化，预估了荆江河段横断面的发展趋势，指明了荆江河段在下切的同时仍维持现在的弯曲与蜿蜒河型。     

长江中下游砂卵石分汊河段演变机理

受水动力条件、边界条件等影响,砂卵石分汊河段河床演变规律较为复杂.以长江中下游关洲-芦家河河段为例,分析了典型砂卵石弯曲分汊河段的演变特点.在此基础上,结合三峡蓄水后来水来沙、水动力轴线、泥沙粒径等河段变化特点,研究砂卵石分汊河段演变机理,并分析了砂卵石分汊河段的演变趋势.研究结果表明:自然情况下砂卵石分汊河段水沙输移主要特点为主流线随来流变化在两汊间摆动.在清水下泄河段总体冲刷背景下,河段冲刷主要以沙质河床部分为主,局部区域的淤积主要为推移质的淤积.蓄水后,关洲左汊将继续冲刷发展,芦家河水道沙泓进口淤积将有所发展,石泓的冲刷发展将相对较大,江心碛坝头部还将发生一定幅度的冲刷.     

人类活动对洞庭湖区荆南三河径流变化的定量影响

20世纪50年代以来,为治理长江水患,洞庭湖区和长江荆江河段发生了大规模、高频次的人类活动,导致荆南三河（松滋河、虎渡河和藕池河）径流序列发生显著变化,严重影响了洞庭湖区的江湖水量交换与水安全情势。为了量化荆南三河径流序列的变异特征,引入STARS法和ICSS法分别用于识别径流序列的均值与方差变化,确定其变异位置与变异水平;同时,通过梳理同期发生的重大人类活动,从物理机制层面探索荆南三河径流变异的驱动成因。结果表明:荆南三河新江口站、沙道观站、弥陀寺站、康家岗站和管家铺站径流序列均发生了均值跳跃变异(变异幅度24%~78%),径流量严重减少,康家岗站还发生了振幅缩减的方差变异(变异幅度74%);径流变异的主要原因是1969~1971年的荆南三河河道裁弯和2001~2006年的三峡水库蓄水;河道裁弯主要影响荆南三河的沙道观站、弥陀寺站、康家岗站、管家铺站,减少流入洞庭湖水量约614×10⁸ m³,三峡水库蓄水影响新江口站、沙道观站、弥陀寺站,减少流入洞庭湖水量约174×10⁸ m³;从受双重影响的沙道观站和弥陀寺站来看,河道裁弯和三峡水库蓄水所引起的径流变异幅度基本相当,但在绝对量值上,河道裁弯引起的影响更大。     

山区河流河床形态与水沙变化下的水位响应机理研究

山区流域暴雨山洪、滑坡、泥石流等灾害频发,大量泥沙以不同方式进入河道,河床形态在极短时间内迅速调整。在宽窄相间河段水流输沙能力差异较大,展宽段常因挟沙能力的降低而淤高河床,致使水位陡增,引发洪水灾害。为探讨山区河流宽窄相间河段与泥沙补给变化下的水位变化致灾机理,以室内物理模型系列试验结果为依据,分析不同流量定床清水时河床形态参数与各水力参数的变化关系,以及泥沙补给变化对河床形态及水流参数的影响。试验表明：上游泥沙补给量及河床形态是影响水流流态、水位变化的重要因素;定床清水条件下,河宽与比降的局部急剧调整影响水流参数变化,水流对河床变化的响应具有滞后性;当上游有泥沙补给时,水深变化较清水来流明显;随着来沙量的增大,大量泥沙淤堵河道且呈现溯源淤积的趋势,并淤高河床;在淤积段顶端,水流发生水跃现象,水位陡增,甚至出现漫滩致灾。由此可见,上游来沙及水流挟沙能力的降低将引起河床不同程度的落淤,造成河床形态改变,特别是在宽窄相间河段泥沙易落淤,水位增幅较大,为洪灾泛滥区,应作为水沙灾害的重点防治区域。     

荆江-洞庭湖洪水演进模型

长江中游是由水库、湖泊、蓄滞洪区组成的复杂防洪工程体系,针对荆江-洞庭湖复杂河网系统规模庞大、水流复杂的特点,建立了一、二维联算洪水演进模型,其中河道与湖区采用一维河网模型,分蓄洪区水流采用二维模型模拟.模型提出了实时预报模式、河网断流计算模式、河道与分蓄洪区水量交换模式.将模型用于荆江特大洪水调度,较好地反映了洪水在荆江-洞庭湖河网区的演进过程,模型可用于实际防洪调度方案评估.     

长江荆南三口五河水沙变化及治理规划

分析了长江荆南三口五河的水沙变化,针对现阶段的河网水系格局及存在的问题,提出了塞支强干、简化水系和进一步加强河势控制的治理规划:松滋河自松西支经苏支河进松东支,再入松虎洪道,避免松澧顶托、倒灌;虎渡自河口经南闸,至新开口改道入藕池西支进南洞庭湖;藕池自河口经黄金嘴、鲇鱼须河、注滋河(沱河)独流入东、南洞庭湖.此初步设想可供有关部门在整体规划荆江、洞庭湖洪水治理方案时参考.     

On geo-basis of river regulation —A case study for the middle reaches of the Yangtze River

From the point of view that people have to obey the river’s geo-attributes in the river regulation, the definition and the meaning of the geo-attributes of a river are discussed. The geo-basis of the river regulation of the middle reaches of the Yangtze River is expounded in five aspects, including the structural geomorphology environment of flood storage and discharge, the distribution characteristics of subsidence and the sedimentation areas of Dongting Basin, the history evolution of Jianghan Basin, the function of Jianghan Basin and Dongting Basin as the flood water detention areas of Jingjiang River reach in ancient time, and the geological characteristic of Jingjiang River reach. Based on the geo-attributes of the middle reaches of the Yangtze River, some ideas about the middle reach regulation of the Yangtze River are put forward: to process the interchange between the lakes and diked marsh areas in Dongting Basin, to canal the new river route as the flood diversion channel of Jingjiang River reach with the paleo river, to recover the function of Jianghan Basin as flood detention area of the middle reaches. And we should take into consideration the geo-environment of the whole Yangtze River in the river regulation of middle reaches. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50579039)     

城陵矶河段莲花塘断面横向水位落差及其影响因素计算分析

弯道环流形成的城陵矶河段莲花塘断面横向水位落差是防洪中非常关心的问题之一.基于平面二维非恒定流数学模型,用水动力学的方法计算莲花塘断面横向水位落差与长江干流及洞庭湖来流情况的关系,并对计算结果加以分析,表明莲花塘断面横向水位落差主要是由弯道环流作用引起的.     

洞庭湖洪水地区组成及遭遇分析

利用１９５１～１９９３年共４３年的洪水系列，详尽地分析并计算了洞庭湖洪水地区组成和遭遇规律，为洞庭湖区的设计洪水计算和防洪规划提供了依据     

洞庭湖分蓄洪区实时洪水调度系统的研制

论述了洞庭湖分蓄洪区实时洪水调度系统的开发目标、系统的结构和组成及洪水调度主模块的建立.采用现代软件工程理论,嵌入组件化的洪水调度模型,并与地理信息系统相集成,建立了功能强大的洞庭湖洪水实时调度系统.该系统界面友好,操作简单,易于扩展和集成到其他系统中,能根据不断更新的短期来水预报,进行洪水"预报—分析—计算—决策—实施—校正"的前向卷动实时调度,从而为防洪实时调度决策提供技术支持.