基于图论与层次分析法耦合的荆江水系连通性评价

近年来长江荆江河段冲刷下切严重,导致荆江三口分流入洞庭湖的水量急剧减少,使得长江与洞庭湖的江湖关系发生了变化。为了分析荆江水系连通性变化过程,首先根据研究区域的水系结构形态建立河网图模型;然后将河道(湖库)连通性综合评价函数值作为河网图模型中连通通道边的权重,构建加权邻接矩阵和畅通度矩阵;最后利用Matlab等工具计算整个水系的连通度。研究结果表明,1955—2015年荆江水系连通性整体上有增加的趋势;荆江干流河道的连通性函数值在1972年前变化不大,1972年后呈增加的趋势;而三口通道和洞庭湖的连通性函数值在2003年前逐渐减小,2003年后呈增加趋势。另外,从河道冲刷、分流分沙、湖泊萎缩等角度分析了连通性变化的主要原因,并从加强水库群优化调度、开展河道整治、实施湖泊治理等角度给出了荆江水系连通性的治理建议。     

三峡工程运用后长江中下游冲淤变化

三峡工程建成运用后,改变了水库下游河道的水沙条件,坝下游河道水流输沙能力处于不饱和状态,河道将发生沿程冲刷,并可能引起河势的调整,进而可能对防洪产生一定影响.为此,采用数学模型计算与实测资料分析的手段进行了三峡工程建成后长江中下游江湖水沙变化及河道冲淤演变及其对防洪影响的初步研究.结果表明,三峡工程蓄水运用后,长江中下游河道发生大量冲刷,同流量水位降低.各河段冲刷量达到最大时,荆江河段河床平均冲深约2.0～5.3 m,槽蓄量约增加13亿m3,城陵矶至武汉河段河床平均冲深约2.5 m,槽蓄量约增加8.5亿m3;由于干流河床冲刷,荆江三口分流分沙减少,洞庭湖湖区淤积减缓,增加调蓄量约23.8亿m3;水沙过程改变、河床冲刷及局部河势调整对河道稳定及堤防、护岸工程的安全会带来一定影响,需采取相应的对策措施.     

近50年来长江中游泥沙输移变化

 对1950年以来长江中游泥沙输移资料作了初步分析。分析结果表明：20世纪60年代下荆江裁弯后,三口(松滋口、太平口、藕池口)分流分沙减少,下荆江径流量和输沙量相应增加,洞庭湖泥沙淤积减少;80年代中期以后,长江中游干流及洞庭湖出口的年输沙量呈减少趋势,城陵矶至武汉河段河床由淤积转为趋向冲淤平衡三峡工程初期蓄水运用后,长江中游含沙量沿程恢复距离较长,但床沙质部分恢复距离相对较短。     

三峡工程蓄水运用后长江中游河道演变初步研究

三峡工程是长江流域治理开发的关键性工程。本文在分析三峡工程蓄水运用以来坝下游水沙特性变化的基础上,采用长江中游宜昌至湖口多年的实测地形资料,对建库前后该河段的泥沙冲淤变化及河势演变特点进行了深入的探讨。研究表明:三峡工程蓄水运用以来,坝下游输沙量大幅减小,荆江三口分流分沙特性尚未发生明显变化,长江与洞庭湖的关系进一步调整;坝下游河势总体稳定,但河床冲刷强度加剧,并由蓄水前的冲槽淤滩转变为滩槽均冲。宜昌至枝城河段河床纵向冲刷明显、洲滩面积萎缩、床沙明显粗化;荆江河床冲刷下切,河床形态逐渐向窄深形式发展;城陵矶至湖口河段部分弯道段主泓横向摆动、凹岸崩塌,分汊段主泓摆动不定,滩槽冲淤交替仍较为频繁。     

三峡水库建成后长江中、下游河道演变的趋势

定性分析了三峡水库建成后长江中、下游河道将发生的长期和深远的变化。第一部分介绍了江湖关系变化,包括分流分沙、分流河道冲淤、入湖泥沙减少、荆江干流的相应变化,以及对城陵矶至武汉河段的影响。第二部分研究了冲刷过程中的几个重要问题：包括上荆江沙市至藕池口河段经交换粗化而变为沙、卵石河床,城陵矶以下河段是否会出现局部粗沙砾石河床,分汊河道支汊淤塞,以及芦家河浅滩变化等问题。最后对荆江断面形态、河势变化和下游河型转化趋势作了预估,并对中下游河型转化趋势进行了讨论。     

三峡工程运用后长江中游沙市河段演变与治理思路

三峡工程运用以来,长江荆江河段水沙条件发生较大改变,河床冲淤变化剧烈。沙市河段地处上荆江中段,属弯曲分汊河型,多年来深泓左右摆动和分汊段主支汊易位频繁,是荆江河势变化频繁、防洪形势严峻的河段之一。利用多年来,特别是三峡工程蓄水后的原型实测资料,首先分析了河段控制水文站的水沙特性及太平口分流分沙变化,并进一步分析了三峡工程运用以来沙市河段的河道冲淤演变特点及演变趋势,在此基础上综合考虑河段的防洪、航运、取水等需求,探讨了沙市河段未来的综合治理思路。     

下荆江裁弯与城陵矶水位抬高的关系

本文根据下荆江裁弯前后的实测资料，分析了荆江与洞诞湖水沙关系的变化；下荆江与洞庭湖出流相互顶托的关系；汇流口河段的河床演变。获得了裁弯后城陵矶枯水位抬高约１．０ｍ，洪水位抬高趋势明显的结论，最后探讨了水位抬高的原因。     

荆江-洞庭湖水沙变化影响分析

荆江—洞庭湖水沙输移变化直接影响整个长江中游的防洪形势.通过实测资料分析了江湖水沙输移变化对荆江和洞庭湖的影响,分析表明,江湖水沙输移的调整变化引起下荆江流量的增加及城螺河段的淤积,城陵矶水位逐渐抬升,对荆江及洞庭湖防洪形势构成巨大威胁.采用河网水沙数学模型对三峡水库蓄水初期下游河道水沙输移变化及其影响进行了初步预测.计算结果表明,长江干流河道的冲刷使得荆江及洞庭湖区最高洪水位降低,防洪形势进一步缓和.     

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。     

荆江三口分流分沙变化对干流河道冲淤的影响

荆江三口是联系长江和洞庭湖的纽带,而近60年来三口分流分沙比呈不断减小的趋势,改变了干流的水沙过程,对荆江河段冲淤起着不可忽视的作用。利用实测水沙资料,探讨了分流分沙对干流河道冲淤的影响机理,定量分析了三口分流分沙变化对荆江河道冲淤的贡献值。结果表明:荆江三口分流分沙会使干流河道增淤,1957-2010年,三口分流分沙引起的年均增淤量为0.88亿t,且随分流比的减小呈减小趋势;增淤量的减小促进了荆江河段的冲刷,1957-2010年间,三口分流分沙变化对荆江河段的累计冲刷贡献量为0.95亿t,贡献率为5.23%,且三口分流分沙变化对荆江河段冲刷的促进作用沿时程呈减弱趋势。     

三峡工程运用后石首弯道段整治工程累积影响和演变趋势研究

石首弯道段位于长江中游下荆江首端,河道形态复杂多变,河床演变较为剧烈。在大量河道治理及航道整治工程的控制下,岸坡稳定性及航道条件得到了增强和改善。三峡水库蓄水以来,坝下荆江河段的来水来沙条件发生了显著变化,石首弯道段也出现了大幅冲刷,但在一系列河道治理及航道整治工程的作用下,除了局部河段深泓摆动和冲淤变化较为明显外,总体河势基本稳定。随着三峡水库及上游干支流水库群不断建成和运用,该河段河势仍将持续调整。近岸河床的不断冲刷下切,已有工程难以适应新形势下的河床变形,不断出现崩塌冲失,对现有堤防、河势控制工程、护岸工程和航道整治工程等的安全运行以及涉水工程与航运等带来新的问题。提出应抓紧深入研究三峡水库及上游控制性水库运用初期长江中下游重点河段河势变化与综合治理方案等重大技术问题。     

近年来三峡水库坝下游河道强烈冲刷机理分析

金沙江下游梯级电站相继建成蓄水运用以来,三峡水库坝下游河道出现了较强冲刷,同时坝下游冲刷逐渐向下游发展,城陵矶以下河段河床冲刷强度明显增大。根据实测水沙资料以及坝下游河道地形资料,初步分析了近年来坝下游河道强烈冲刷原因,一方面,由于金沙江下游梯级电站相继建成蓄水运用,三峡水库入库和出库泥沙进一步减少,导致坝下游含沙量大幅偏小。另一方面,坝下游汛期洪峰较大,洪水过程持续时间偏长,同时近年来长江中下游区间来水较大。加之城陵矶以下河道床沙组成较细,造成城陵矶以下河段发生大幅度冲刷。研究成果可为坝下游防洪、航运及河道治理研究提供参考。     

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。     

下荆江裁弯与城陵矶水位抬高的关系

本文根据下荆江裁弯前后的实测资料,分析了荆江与洞庭湖水沙关系的变化;下荆江与洞庭湖出流相互顶托的关系;汇流口河段的河床演变,获得了裁弯后城陵矶枯水位抬高约1.0m,洪水位抬高趋势明显的结论,最后探讨了水位抬高的原因,     

荆江河床演变过程中环境影响初探

结合荆江河道演变特点,将河道演变与荆江环境变化联系起来,分析了三峡水库蓄水运行后河道突变对河道环境的影响、河道冲淤变化对水质的影响、荆江三口泥沙淤积和分流分沙比变化对荆江三口洪道环境的影响。分析表明,三峡蓄水增加了水体中的溶解氧量和重金属含量,加速了三口分流量的减小,并相应地提出了对荆江河段环境变化的治理建议。     

下荆江裁弯经验总结

长江中游从枝城到洞庭湖出口城陵矶的一段河道长约400公里,通称荆江.其中藕池口以上河段称上荆江,长约160公里;藕池口以下河段称下荆江,长约240公里。荆江是长江中下游的防洪重点河段。为了制订综合治理荆江的方案,1955年我办建立荆江观测队(现为荆江河床实验站)以来,对荆江河道进行了长期、系统的观测研究。     

荆江三口变化及治理设想

三口洪道湖北部分既受长江洪水威胁也受到洞庭湖洪水顶托影响,每年分泄长江水入洞庭湖,减轻荆江洪水压力做出了重要贡献。近50年来,随着下荆江中洲子、上车弯、沙滩子、石首等四处河道裁弯及葛洲坝、三峡水利枢纽工程的运用,荆江河床冲刷下切,枝城、沙市站中枯水位降低较多,三口分流分沙逐渐减少,三口洪道逐渐淤积。分析三口洪道现状后,提出了三口五河的治理设想。     

长江江湖汇流段河床演变分析

长江、洞庭湖汇流河段位于长江中游,由长江下荆江出口段、洞庭湖出口段及江湖汇流段3段组成.根据实测水文河道资料,结合河段的来水来沙、边界条件及河型等,分析了江湖汇流段的河床演变.结果表明:长江下荆江出口段历年河床演变主要表现为岸线崩退,河道横向位移,实施护岸工程后,目前岸坡崩退得到有效控制;洞庭湖出口段河床历年冲淤变化较小,河势较为稳定;江湖汇流段河床演变主要表现为局部洲滩和深槽的变化,河势变化不大.     

水利枢纽运用对江湖关系影响的模拟

利用一维江湖河网模型,结合实测资料,对三峡水库及城陵矶综合枢纽运用后,长江与洞庭湖江湖关系自2013-2062年的变化进行了预测。结果表明,三峡水库运用至2062年,荆江河段冲刷继续,但速度逐渐减小,枯水位下降最高为1.62 m,洪水位下降最高为0.41 m;城汉河段冲刷继续,枯水位下降最高为1.05 m,洪水位下降最高为0.15 m;三口分流量继续衰减,但年平均衰减率仅为三峡工程运用前的11.7%;三口河道松滋河冲刷约为0.57亿m3,虎渡河与藕池河为微冲微淤;洞庭湖淤积大幅减缓,淤积比为0.481。此外,城陵矶综合枢纽运用至2052年,使洞庭湖区各站枯水位抬高0.2~0.6 m不等,但对三口河道冲淤、分流分沙、长江干流冲淤、洞庭湖的淤积影响都较小,可以忽略不计。     

湖北荆江河道演变监测及分析项目综述

三峡水库的蓄水运用改变了大坝下游河段的来水来沙过程,造成荆江河道沿程冲刷,可能引起局部河段河势变化,对荆江防洪造成威胁。对荆江河段重点河段开展原型观测,在此基础上首次提出监测导线分析法、岸坡稳定性评估体系等监测方法。综合荆江河道历史演变规律、重点河段10a来原型观测及岸坡稳定评估,分析得出荆江总体河势变化特征及演变趋势。荆江河道演变监测及分析项目为湖北省水利厅及时了解河道变化情况提供了科学依据,可指导荆江防汛,并为部分河道整治工程提供河势演变的理论依据。