三峡水库不同调度方式运行期洞庭湖区的水情响应

运用1951-2002 年典型年实测原型水文资料,对比分析2003-2010 年三峡水库不同调度方式运行期对洞庭湖区水情的影响,结果表明：(1) 影响时间为每年5 月25 日-6 月10 日、7 月1 日-8月31 日、9 月15 日-10 月31 日、12 月-次年4 月,其中枯期补水调度的影响不很敏感;(2) 预泄调度,平水年径流有所增加,平均水位、最高水位均有上升。丰、枯年影响期径流增加平均值40.25 ×10⁸ m³;平均水位抬高平均值1.06 m,最高水位壅高平均值1.06 m;(3) 蓄洪调度,平水年洪水量稍有上涨,枯、丰年影响期洪水减少平均值444.02 × 10⁸ m³,平均洪水位降低平均值2.64 m,最高洪水位降低平均值1.42 m;(4) 蓄水调度,除平水年影响期径流增加、水位稍有壅高外,枯、丰年影响期径流减少平均值185.27 × 10⁸ m³,平均水位降低平均值3.13 m,最高水位降低平均值2.14 m;(5) 补水调度,平、丰年影响期径流减少平均值337.7 × 10⁸ m³,平均水位降低平均值1.89 m,最高水位降低平均值2.39 m,但枯水年影响期径流量增加、平均水位与最高水位稍有抬高。关键词：长江三峡水库;调度方式;洞庭湖区;水情变化     

长江来沙锐减与海岸滩涂资源的危机

利用小波分析方法对1951~2004年大通站系列水、沙和流域降水资料进行周期性和趋势性分析,利用Arc-GIS软件对长江三角洲海图进行滩涂面积计算和冲淤剖面分析,并于2002年5月~2005年7月在长江三角洲前缘的南汇岸段进行逐日潮滩高程测量,以进行三峡水库蓄水前后滩面冲淤的对比。结果表明：尽管气候变化导致流域平均降水量以及大通径流量和输沙率存在2~3年和8~9年的波动周期 (P < 0.05),但大通输沙率从1960年代末开始出现明显的下降趋势 (P< 0.001),三峡工程运行后的2003年 (6月开始蓄水) 和2004年连续2年创历史新低,流域水库的修建是导致这一下降趋势的根本原因。长江来沙量的锐减正在导致三角洲前缘滩涂从淤涨向侵蚀转化。预测认为：流域人类活动还将继续导致长江入海泥沙量的下降,今后几十年的大通输沙率将从目前的 1.5×10⁸ ~2×10⁸ t/a下降到1×10⁸ t/a左右;泛长江三角洲海岸滩涂资源将面临严峻挑战。     

长江中游马口-田家镇河段40 年来河道演变

运用地理信息系统(GIS) 与数字高程模型(DEM) 分析了马口-田家镇河段1963 年、1972 年与2002 年河道地形数据, 较为系统地研究了该河段过去40 年冲淤时空变化。研究结 果认为, 1972 年与1963 相比冲刷量达到789.9 hm³, 冲刷面积为39.7×104 m²; 2002 年与1963 年相比冲刷量达到1196.5 hm³, 冲刷面积为59.4×10⁴ m²; 2002 年与1972 年相比冲刷量 达到960 hm³, 冲刷面积为54.3×10⁴ m²。由以上结果认为, 马口-田家镇河段近40 年来以冲刷为主; 河道冲淤变化以马口卡口与田家镇卡口等窄深河段最为剧烈, 宽浅河段与顺直河 段冲淤变化较为和缓, 冲淤变化幅度不大; 卡口上、下端以淤积过程为主, 而卡口顶冲水流的顶弯部位以冲刷过程为主。研究河段冲淤变化受上游来水来沙条件影响很大, 对未来三峡工程建成后, 三峡大坝下游来水来沙以及研究河段冲淤变化的影响研究提供借鉴。     

长江干流河道对流域输沙的调节作用

利用长江干流和主要支流上测站1956~2004年的输沙量资料,对干流未测区域的来沙进行了估计。根据泥沙平衡 (Sediment budget) 概念,对长江干流河道的冲淤对来水来沙的响应以及对入海泥沙的影响进行研究发现,长江干流屏山至大通河道平均淤积速率为88.58×10⁶ t/a,河道淤积占总的来沙量及大通站输沙量比例分别为14%与21%。由于河道淤积,大通站输沙量减少了17.5%。总体来说上游淤积较轻,宜昌至汉口区间淤积严重,汉口至大通区间为微冲。长江干流的河道冲淤与流域总的来沙具有显著的相关关系,但各段河道的冲淤对流域来沙的响应各不一样。上游的冲淤与流域的径流量和来沙量均没有很好的相关性,宜昌-汉口段河道冲淤的变化与宜昌站的来沙具有显著的相关性;影响汉口-大通间河道的冲淤变化的主要因素是流域的来水量,河道的冲淤与大通站径流量的存在显著的负相关关系。三峡水库蓄水后整个长江干流的冲淤形势发生了根本的变化。三峡水库的蓄水运用有效地减轻了洞庭湖的泥沙淤积,同时也降低了洞庭湖的对长江干流泥沙的调节作用;长江上游干流河道淤积增强,中下游河道出现冲刷,但不同的河段表现不一;中下游河道冲刷量小于预测值,三峡水库的蓄水运用直接导致了长江入海泥沙的减少。     

三峡水库175m蓄水后库尾河段减淤调度控制指标研究

重庆主城区河段河道泥沙冲淤事关防洪、航运及码头作业等,是三峡水库泥沙问题的重点内容之一。本文依据原型观测资料,以三峡水库175 m试验性蓄水前后河段的泥沙冲淤规律为基础,结合河床组成分析和一维数学模型,计算提出河段悬移质泥沙走沙基本条件,并应用于减淤调度实践中。结果表明：① 三峡水库175 m试验性蓄水后至2012年重庆主城区河段河床冲刷强度下降,主走沙期推迟至汛前消落期,2013年后上游来沙减少使得河床冲刷强度再次增大;② 当寸滩站流量大于4000 m ³/s、坝前水位低于167 m时,河段开始走沙;当寸滩站流量增大至超过5000 m ³/s、坝前水位下降至163 m时,河段走沙能力增强;加大水库自163 m水位的消落速度,能够避免库尾河段产生累积性淤积。     

近50 a博斯腾湖逐年水量收支估算与水平衡分析

据博斯腾湖流域1958-2010年期间主要河流开都河、黄水沟、清水河、孔雀河的逐年流量资料,结合焉耆盆地降水、蒸发要素的同期观测资料,对大湖区的逐年水量收支进行计算,并依据水量平衡原理对博湖大湖区残差水量进行了逐年分析。结果表明：（1）1958-2010年期间年均入湖水量14.34×10⁸ m³/a,其中入湖河水约占95%;年均输出水量13.96×10⁸ m³/a,其中大湖区输入孔雀河水量约占43%,湖面蒸发耗水量占57%;湖区年均蓄水量71.57±3.92×10⁸ m³10⁸ m³/a,湖水年均水位为1 047.01±0.94 m;（2）极端水文年度水量平衡分析指出：1986年为最枯年份,入湖河水是多年平均值的62%,而出湖河水量是多年平均值的153%,导致年内湖区水位下降0.94 m;2002年最丰年份入湖河水是多年平均值的2.6倍,致使年内水位上升0.80 m;（3）残差水量逐年“正负”变化指出,湖水与地下水之间存在互补关系,过去53 a间湖水补给地下水的年均水量为0.87×10⁸ m³/a。     

近10 年来长江口水下三角洲的冲淤变化 ——-兼论三峡工程蓄水的影响

根据对近10 年来长江入海泥沙量和河口冲淤的对比分析, 探讨水下三角洲冲淤对长江入海泥沙锐减以及三峡工程运行的响应。结果表明: (1) 三峡水库蓄水导致长江入海泥沙减少1×10⁸ t/a 量级; (2) 1995-2000 年、2000-2004 年和2004-2005 年研究区淤积(冲刷) 面积分别占75.5% (24.5%)、30.5% (69.5%) 和14% (86%), 垂向冲淤速率(负为冲刷) 分别为6.4 cm/a、-3.8 cm/a 和-21 cm/a。(3) 由于地形和水动力的变化以及工程的影响, 研究区内冲淤对河流来沙减少的响应存在显著空间差异。结论包括: 三峡水库蓄水加剧了长江入海泥沙的减少; 入海泥沙的锐减是水下三角洲从淤积为主向侵蚀为主转变的主要原因。随着水库拦沙能力的增强等流域人类活动的影响, 长江入海泥沙将进一步下降, 河口口门区的冲刷可能加剧, 值得有关部门重视。     

长江三角洲前缘近十余年的冲淤演变及工程影响研究

根据1994-2008年国家专业部门测量的长江口口门区水下地形图及相关数据资料,分析了长江河口三角洲近十余年的冲淤过程:1)在长江来沙显著减少的背景下,三角洲出现了由淤到冲的转换,1994-2000年、2000-2008年,长江口门研究区(1 500 km2)净淤积量分别为7.25亿m3(1.21亿m3/a)和-1.23亿m3(-0.15亿m3/a),冲淤转换的临界输沙率约为2.97亿t(大通站).冲淤转换的时间大约发生在2000-2002年;2)三峡水库蓄水加速了长江来沙的减少,近几年入海泥沙减少和河口口门区出现的冲刷有一半左右归因于三峡工程的运行;3)2000年以来,河口口门外水深超过7 m的大部分区域处于蚀退,尤以10～20m区域侵蚀最为强烈,但0m以上潮间带滩地较前一时段淤积加强,1994-2008年,四大滩地的面积平均增长了约34.2％.研究结果表明:入海泥沙减少是长江三角洲由淤积转为侵蚀的主要原因,三峡水库蓄水加剧了长江入海泥沙的减少及三角洲的侵蚀,河口滩地的逆势淤积是近年一系列的河口重大工程影响的结果.     

不同流路时期黄河下游河道的冲淤变化过程

运用统计学方法对1950-2007年的水沙数据以及不同流路各水文站同流量(3000m³/s)水位变化进行了分析,结果表明:黄河下游河道表现出淤积-冲刷交替出现的变化过程,当进入下游的含沙量为18.6kg/m³时,河道冲淤表现为动态平衡。艾山以下河道的冲淤变化过程除受水沙条件控制外,还受到流路变迁的影响。流路变迁初期河道发生溯源冲刷作用,中后期河道发生溯源淤积作用。各站同流量水位变化,神仙沟流路主要为下降,河道以冲刷为主;刁口河流路主要为升高,河道以淤积为主;清水沟流路有升有降,河道冲淤互有,总体表现为淤积。流路变迁对河道横断面形态的影响主要在利津以下。     

三峡水库蓄水后荆江洲滩变化特征

目前对三峡水库蓄水后荆江河段的洲滩演变还缺乏完整认识。基于三峡水库蓄水前后枯水期遥感影像,分析了荆江洲滩的冲淤变化与分布及形态演变。结果表明,蓄水后荆江洲滩总面积持续冲刷减小,累计冲刷4.56 km²,大部分发生在蓄水后前6年（冲刷速率0.55 km²/a）。上、下荆江洲滩的冲淤演变存在差异性。上荆江洲滩总面积一直处于冲刷萎缩中,且其强度明显大于下荆江,累计冲刷6.46 km²;下荆江前期（2002-2009年）冲刷、后期（2009-2015年）淤增,累计淤1.90 km²。在冲淤分布上,上荆江凸岸滩持续冲刷萎缩,凹岸滩前期冲刷、后期略有淤增,心滩（洲）前期淤积增长而后期冲刷萎缩;下荆江主要是凸岸滩冲刷,凹岸滩和心滩（洲）有所发展。根据滩体位置活动和冲淤动态性,荆江心滩（洲）演变被划分为8种典型类型。在形态演变上,上荆江以凸岸突出滩体和边滩发育的凹岸滩冲刷显著,形态变化不大。下荆江凸岸滩上游弯侧冲蚀后退、湾顶退缩、下游弯侧淤积伸长,形态趋向低弯扁平化,在高弯曲特定河湾平面形态格局下凸岸冲刷—淤积过程延伸到相邻河湾凹岸,成为下荆江凹岸滩和心滩淤积发展的重要因素,但淤积一般不越过凹岸湾顶。     

Evolution characters of water exchange abilities between Dongting Lake and Yangtze River

By using field-survey hydrological data of the related control stations in Dongting Lake and the Yangtze River mainstream in 1951–2010, the evolution characters of water exchange abilities between the two water bodies and their response to the operation of the Three Gorges Reservoir (TGR) from different time scales are analyzed based on their hydraulic relations. The results are shown as follows. Firstly, during July-September, the replenishment ability of Three Outlets to Dongting Lake is stronger, and in January-March, the replenishment ability of Dongting Lake to Yangtze River is stronger. Secondly, there has been an obvious inter-decadal wave on the water exchange coefficient between Dongting Lake and Yangtze River. In 1951–1958 and 1959–1968, the replenishment ability of Three Outlets to Dongting Lake was stronger, but in 2003–2010, the replenishment ability of Dongting Lake to Yangtze River has been strengthened. Thirdly, the spill-division ability of Three Outlets weakens, and the water of Dongting Lake coming from Three Outlets decreases either in typical years or under different dispatching modes of the TGR after the operation of the Three Gorges Reservoir. Furthermore, the water of Dongting Lake coming from Four Rivers takes the dominant position, which obviously enhances the replenishment ability of Dongting Lake to Yangtze River. Fourthly, if the effect of the runoff fluctuation in the basin is not considered, the evolution characters of the exchange capacities and the exchange process between Dongting Lake and Yangtze River in different time scales are generally changed with the variation of the water exchange amount between them, although the factors influencing the water exchange capacities between them is very complex. These show that there is an in-line growth or decline relation between the river-lake water exchange ability and the river-lake water exchange amount.     

洞庭湖与长江水体交换能力演变及对三峡水库运行的响应

运用洞庭湖区与长江干流相关控制站1951-2010 年实测水文数据, 在分析江湖水力关系的基础上, 从不同时间尺度分析江湖水体交换能力的演变特征及其对三峡水库运行的响应。结果表明:① 7-9 月长江荆南三口对洞庭湖的补给能力较强, 1-3 月洞庭湖对长江的补给能力较强;② 江湖水体交换系数具有明显的年代际波动, 其中1951-1958 年、1959-1968 年荆南三口对湖泊的补给能力较强, 而2003-2010 年湖泊对长江的补给能力增强;③ 三峡水库运行后无论是典型年还是在水库不同调度方式运行期, 三口分泄能力减弱, 入湖水量减少, 而因四水入湖水量占绝对优势, 湖泊对长江的补给能力明显增强;④ 尽管影响江湖水体交换能力的因素极为复杂, 但从总体上讲, 除受流域降水波动影响外, 江湖水体交换能力在不同时间尺度上的演变特征及其过程均随着江湖水体交换量的变化而变化, 说明江湖水体交换能力强度与江湖水体交换量之间存在着彼此消长的关系。     

The hydrological effect between Jingjiang River and Dongting Lake during the initial period of Three Gorges Project operation

Based on the measured hydrological data from 1951 to 2008, the chain hydrological effect between Jingjiang River and Dongting Lake is analyzed by comparative method after the Three Gorges Project operation. The result indicates that 1) the scouring amount in Jingjiang River made up 78.9% of the total from Yichang to Chenglingji, and its average scouring intensity was higher than the latter; 2) the water and sand diversion rates at the three outlets of the Jingjiang River were reduced by 2.33% and 2.78% separately; 3) the proportion of multi-year average runoff and sediment through the three outlets in the total into the Dongting Lake decreased by 7.7% and 24.4% respectively; 4) in Dongting Lake, the speed of sediment accumulation was lowered by 26.7%, in flood season, the runoff amount was 20.2% less than the multi-year average value, leading to seasonal scarcity of water year by year. The former prolonged the lake life, while the latter induced droughts in summer and fall in successive years, shortage of drinking and industrial water, shipping insecurity, as well as ecological problems such as decrease of birds and quick increase of Microtus fortis; 5) The multi-year average values of sediment and flood transporting capacity at the lake outlet were respectively increased by 26.6% and 3.7%, the embankments were protected effectively. Then, to adapt to the new change of the river-lake relation, some suggestions were put forward, such as optimizing further operation program of the Three Gorges Reservoir, reexamining the idea of river and lake regulation, and maintaining connection of the river and the lake.     

三峡水库调度运行初期荆江与洞庭湖区的水文效应(英文)

Based on the measured hydrological data from 1951 to 2008,the chain hydrological effect between Jingjiang River and Dongting Lake is analyzed by comparative method after the Three Gorges Project operation.The result indicates that 1) the scouring amount in Jingjiang River made up 78.9% of the total from Yichang to Chenglingji,and its average scouring intensity was higher than the latter;2) the water and sand diversion rates at the three outlets of the Jingjiang River were reduced by 2.33% and 2.78% separately;3) the proportion of multi-year average runoff and sediment through the three outlets in the total into the Dongting Lake decreased by 7.7% and 24.4% respectively;4) in Dongting Lake,the speed of sediment accumulation was lowered by 26.7%,in flood season,the runoff amount was 20.2% less than the multi-year average value,leading to seasonal scarcity of water year by year.The former prolonged the lake life,while the latter induced droughts in summer and fall in successive years,shortage of drinking and industrial water,shipping insecurity,as well as ecological problems such as decrease of birds and quick increase of Microtus fortis;5) The multi-year average values of sediment and flood transporting capacity at the lake outlet were respectively increased by 26.6% and 3.7%,the embankments were protected effectively.Then,to adapt to the new change of the river-lake relation,some suggestions were put forward,such as optimizing further operation program of the Three Gorges Reservoir,reexamining the idea of river and lake regulation,and maintaining connection of the river and the lake.     

特枯水情对长江中下游悬浮泥沙的影响

基于长江中下游气象资料、历史水沙资料和2006 年10 月现场水沙观测资料, 分析了 典型枯水年大通站的月均径流量和输沙率特征、2006 年特枯水情产生的气候背景以及对长江中下游含沙量和悬沙粒径产生的影响。分析表明, 枯水年长江干流输沙量有显著的减少, 2006 年特枯水情下大通站汛期输沙量仅占多年平均值(1985-2000 年) 的19.8%。在特枯水情 和三峡工程蓄水的背景下, 2006 年10 月长江中下游含沙量平均为0.057 kg/m³, 只占 2003-2005 年10 月平均值的20.6%。2006 年10 月长江中下游悬沙中值粒径平均为4.8 µm, 悬沙中值粒径只占多年平均值的26.3%, 占近期平均值的41.8%。含沙量、悬沙粒度和中游 河床冲淤特性的综合分析表明, 城陵矶-湖口河段水沙垂向交换强, 是三峡兴建以后近期河 道调整频繁的河段。洞庭湖和鄱阳湖对长江干流含沙量的贡献较大, 尤以鄱阳湖的贡献最大, 长江中下游其他支流对长江干流含沙量的贡献较小。汉江和巢湖对长江中下游悬沙粒径的影响相对较大, 而洞庭湖和鄱阳湖则对悬沙粒径的影响相对较小。     

The hydrological effect between Jingjiang River and Dongting Lake during the initial period of Three Gorges Project operation

Based on the measured hydrological data from 1951 to 2008, the chain hydrological effect between Jingjiang River and Dongting Lake is analyzed by comparative method after the Three Gorges Project operation. The result indicates that 1) the scouring amount in Jingjiang River made up 78.9% of the total from Yichang to Chenglingji, and its average scouring intensity was higher than the latter; 2) the water and sand diversion rates at the three outlets of the Jingjiang River were reduced by 2.33% and 2.78% separately; 3) the proportion of multi-year average runoff and sediment through the three outlets in the total into the Dongting Lake decreased by 7.7% and 24.4% respectively; 4) in Dongting Lake, the speed of sediment accumulation was lowered by 26.7%, in flood season, the runoff amount was 20.2% less than the multi-year average value, leading to seasonal scarcity of water year by year. The former prolonged the lake life, while the latter induced droughts in summer and fall in successive years, shortage of drinking and industrial water, shipping insecurity, as well as ecological problems such as decrease of birds and quick increase of Microtus fortis; 5) The multi-year average values of sediment and flood transporting capacity at the lake outlet were respectively increased by 26.6% and 3.7%, the embankments were protected effectively. Then, to adapt to the new change of the river-lake relation, some suggestions were put forward, such as optimizing further operation program of the Three Gorges Reservoir, reexamining the idea of river and lake regulation, and maintaining connection of the river and the lake.     

长江荆南三口河系水位演变规律及对江湖水量交换关系的响应

为分析荆南三口河系水位演变规律与江湖水量交换关系。依据1956—2017年荆南三口、湖南四水、洞庭湖城陵矶站以及长江干流枝城站月平均水位及流量和该流域8个雨量站的降水数据,运用Mann-Kendall趋势检验法、回归分析、流量年特征值等方法研究了三口水位的时序演变特征及其与流量、降水、江湖水量交换、人类活动的关系。结果表明：① 与阶段一（1956—1966年）相比,阶段二（1967—1980年）、三（1981—2002年）、四（2003—2017年）河系年平均水位、年最高水位分别下降0.74 m、0.37 m,年最低水位上升0.07 m;② 在涨（4—5月）、丰（6—9月）、退（10—11月）、枯（12月—次年3月）四个水文节点上,最低水位降幅最大（-0.98 m）,平均水位次之（-0.78 m）,最高水位最小（0.55 m）,并将其降幅按水文节点排序依次为退水期（-0.95 m）>丰水期（-0.61 m）>涨水期（-0.21 m）>枯水期（0.15 m）;③ 河系水位变化与其流量变化有着较好的一致性（二者的相关系数r =0.65）,与降水量相关性较弱（r =-0.16）,但2002—2017年相对干旱的气候加剧了河系水位的下降。从总体上看,长江枝城来水量减少和以水利工程为代表的人类活动方式是导致荆南三口河系特征水位下降的主要驱动因素。     

三峡水库调度运行初期荆江与洞庭湖区的水文效应

以1951-2008年实测水文资料为依据,运用对比方法,分析了三峡水库调度运行初期,荆江与洞庭湖区的连琐水文效应.结果表明:①莉江冲刷星占宜昌至城陵矶段的78.9%,其平均冲刷强度也远高于该河段;②三口分流比减少2.33%、分沙比减少2.78%;③三口多年平均入湖径流泥沙比依次减少7.7%及24.4%;④洞庭湖区淤积速率减缓26.7%、汛期水最较同期多年平均值偏少20.2%,使湖区连年季节性缺水,前者对延长湖泊寿命有利,后者酿成了连年性的夏秋连旱灾害、居民饮用水、生产用水和航运等水安全问题以及涉及到了珍禽鸟类数量和种类减少,东方田鼠种群数量极度膨胀等生态系统的稳定性;⑤湖口多年平均输沙泄洪能力增强了26.6%和3.7%,避免了溃垸决堤之灾.并认为,为适应新的江湖关系变化,必须进一步优化调整三峡水库调度运行方案,重新审视江湖治理的理念,维系江湖连通的纽带.     

2002-2010年长江流域GRACE水储量时空变化特征

利用高斯平滑滤波对2002年4月-2010年12月逐月GRACE卫星的时变重力场数据反演得到长江流域大尺度陆地水储量变化,对其时空变化进行研究,并将结果与全球陆面同化数据(GLDAS)模拟结果进行比较。其结论为:根据GRACE数据反演与GGLDAS模拟得到的水储量结果在大多数区域变化趋势相同,两者具有一致性,相关性达到0.89(P<0.05)。GRACE水储量研究结果表明:①2002-2010年长江流域水储量呈增加趋势,平均增长速率为0.43mm/月,相当于约95.04亿m³/年。长江上游增长速率为0.53mm/月,相当于约67.13亿m³/年;中游增长速率为0.51mm/月,相当于25.73亿m³/年;下游增长速率为0.36mm/月,相当于9.14亿m³/年。近9年长江流域水储量共增加约855.33亿m³。②从多年平均水储量空间分布来看,长江流域冬季月份(12、1、2、3月)水储量处于亏损状态,7-9月水储量处于盈余状态,4-6月下游至上游地区由亏损向盈余状态过渡,而10-11月则从上游至下游地区由盈余向亏损状态过渡。③全流域、上游及中游水储量逐月增长速率最大值出现在9月,分别为1.01cm/a、1.37cm/a、1.05cm/a;而下游地区则出现在7月,增长速率为1.62cm/a。