拟建鄱阳湖水利枢纽工程对长江干流流量影响的模拟

维系江湖关系的重要基础是江湖之间的物质通量,而江湖之间物质通量的核心内容是水的通量.规划中的鄱阳湖水利枢纽工程,以"一湖清水"为建设目标,坚持"江湖两利"的原则,按"调枯不控洪"方式运行.目前,国内学者对拟建的鄱阳湖水利枢纽工程可能导致湖泊影响方面的研究较多,但对该工程能否实现或维持"江湖两利"方面的研究较少.本文采用二维水动力模型,针对拟建的鄱阳湖水利枢纽工程和规划中的水位调度方案,分别从湖泊丰水期和枯水期两个时段,选择鄱阳湖丰、平、枯3种典型年型,在无枢纽与有枢纽两种情景模拟的基础上,定量分析丰、平、枯3种典型年枢纽工程的水位调度方案对长江干流流量的可能影响.模拟结果表明:在一个鄱阳湖水利枢纽工程水位调度周期中,无枢纽状态与有枢纽情景下湖泊外排到长江干流的径流总量差异很小,从模拟的年份来看,有枢纽外排减少量在0.2%~0.7%之间变化,基本维持了有枢纽与无枢纽状态下的水量平衡,但在一定程度上改变了湖泊外排长江干流水量的分配时间,使不同年型丰水期的湖泊外排水量有所减少,而在湖泊和长江低枯水期,对长江流量则有一定的增排作用,且增排效果为枯水年型平水年型丰水年型,不同年型的增排比例在2.1%~17.0%之间变化;在丰水期湖泊水位偏低,且枢纽位置的实际水位严重不足9 m的年型情况下,按照枢纽工程的水位调度方案要在9月15日将湖泊水位提升至14~15 m是难于实现的,现有的枢纽工程调度方案在这种情况下缺乏可操作性,有进一步细化和优化的空间.     

鄱阳湖水利枢纽工程对鄱阳湖水文水动力影响的模拟

水流情势变化是河湖生态系统演变最主要的驱动力,拟建的鄱阳湖水利枢纽工程对鄱阳湖水文水动力会产生何种影响是一个值得深入研究的问题.本研究基于EFDC模型构建了鄱阳湖水动力的二维模型,并按照规划中的鄱阳湖水利枢纽工程调度方案,通过丰平枯典型年份的情景模拟,探讨了鄱阳湖水利枢纽工程运行调度方案对湖泊水文水动力的可能影响.模拟结果表明:不同情景年型鄱阳湖水利枢纽工程低枯水位生态调节期(12月1日至3月底4月初)中11 m控制水位对该时期湖泊平均水位的抬升程度明显,2010年(丰水年)11 m控制水位对枯水期湖泊平均水位的最大抬升为2.59 m,2000年(平水年)枯水期湖泊的平均水位最大抬升为2.68 m,而2004年(枯水年)枯水期湖泊的平均水位最大抬升为4.35 m.枯水期水位的抬升,使不同年型不同湖区的枯水期平均流速、最大流速和最小流速都有不同程度的减小,其中以入江河道为最,2000年和2010年枯水期平均流速降幅在44%以上,2004年(枯水年)枯水期的平均降速范围在50%以上,而对两大保护区的影响则较小.对流场格局的影响方面,主要表现在有枢纽时由于低枯水期的11 m水位控制,棠荫以北尤其是入江河道的流场与无枢纽时的流场表现出明显的不同;棠荫以南的湖区,当赣江中支和赣江南支的来水较大时,在棠荫附近及松门山以南的湖区会呈现出较大的水面.同时由于枯水期的水位抬升和流速减小,水利枢纽工程对湖泊换水周期的作用明显,不同年型的换水周期都受到不同程度的影响,2004年枢纽控水过程使控水期间的平均换水周期增加了5.6 d,影响程度达26.1%;模型模拟结果可以揭示在目前调度方案下,水利枢纽工程对鄱阳湖水文水动力的影响程度,为进一步定量分析鄱阳湖水利枢纽工程对湖泊水质和生态系统演化及其可能造成的影响提供必要的基础支撑.     

鄱阳湖拟建水利枢纽工程对洪泛区地下水动力的影响及其生态意义

洪泛湿地是位于水生系统和陆生系统之间的过渡带,在河流和陆地之间的水文生态方面起着纽带作用,受气候变化和人类活动的叠加影响,其水文过程改变很大程度上影响了湿地生态系统循环、结构和功能的稳定。本文以鄱阳湖洪泛区湿地为研究区,应用湖泊水动力和洪泛区地下水数值模型,评估鄱阳湖拟建水利枢纽工程对洪泛区地下水系统的影响。模拟结果表明,拟建水利枢纽工程将会遵循调度方案使得湖泊水位明显提高,但同时导致洪泛区地下水位的整体抬升,且东部主湖区附近的地下水位受到的影响（约1～3 m）要明显强于洪泛区其它区域（约小于1 m）。地下水位的变化同时导致不同典型时期洪泛区地下水流速的减小及地下水流向的改变,表现为枢纽建设后地下水流向的逆转和流速基本小于0.1 m/d。鄱阳湖涨水-丰水期总体为湖水补给洪泛区地下水模式,枯水-退水期主要为地下水补给湖水模式,但水利枢纽可能导致洪泛区地下水系统水均衡状态发生转变,影响了地下水系统的补给和排泄状态,最终形成了长期稳定的湖泊补给地下水的作用模式。从地下水-生态系统响应变化的角度分析,拟建水利枢纽建设引起的地下水位上升,可能会给湿地生物地球化学元素的迁移转化、植被群落的演变与退...     

鄱阳湖水利枢纽工程对湖泊水位变化影响的模拟

水位变化是影响湖泊水文过程和生态环境的重要因素.本研究基于环境流体动力学(EFDC)模型构建了鄱阳湖水利枢纽工程与主湖区的二维模型,模拟水利枢纽工程运行后对主湖区及湿地保护区水位变化节律的影响.模拟结果表明:水利枢纽工程对湖泊水位的影响由北向南逐渐减小,水利枢纽工程提升了大湖北部水位,使南北水位差减小,将影响鄱阳湖枯水期的流速及自净能力.吴城和南矶湿地自然保护区核心区水位变化受水利枢纽工程的影响较小,吴城自然保护区核心区在水位低于13.8 m时与大湖脱离,不再受水利枢纽工程影响,但水利枢纽工程会影响蚌湖与大湖脱离时间;南矶自然保护区位于鄱阳湖南部,水位受水利枢纽工程影响很小.水利枢纽工程条件下,湖泊水位受人工控制,枯水年和平水年湖泊水位的变化基本一致;枯水年水利枢纽工程对湖泊水位的影响大于平水年,但对湖泊南部的水位变化影响仍然较小.模型模拟结果可以揭示在目前调度方案下,水利枢纽工程对湖泊水位变化节律的影响规律,为工程建设提供一定的理论参考.     

鄱阳湖退田还湖及其对洪水的影响

在详细分析鄱阳湖退田还湖现状基础上,建立了鄱阳湖退田还湖洪水位效应计算模型,估计退田还湖对典型年洪水位的效应.并对退田还湖对年最高水位频率的影响进行了预测.最后,探讨了退田还湖圩区适宜管理模式和退田还湖对湖泊环境的影响.     

三峡工程运行对鄱阳湖水位影响试验

三峡工程运行改变了长江中下游水沙情势,影响了鄱阳湖湖区水位,造成了水资源利用、水质、湿地和生态等方面的新问题.实测日水位资料分析认为:湖区水位年内变化可分为低水、涨水、顶托倒灌和退水4个阶段;顶托倒灌阶段湖区水位基本由长江干流控制,另外3个阶段湖区水位受湖口流量和长江干流的共同影响,受影响程度与水位站位置、湖口流量和长江干流相互作用强弱有关;三峡工程运行没有改变鄱阳湖水位"高水湖相、低水河相"的基本特征,但对水位造成了一定影响.开展物理模型试验探索三峡工程运行对湖区水位的影响程度,结果表明:蓄水期三峡工程运行造成湖区水位降幅较大,枯水年都昌站平均(最大)降幅为0.94 m(2.58 m),枯水年湖区水面面积减小68%;增泄期会增加湖区水位,都昌水位最大增幅约1 m,平水年湖区面积增加约32%;枯水期三峡工程运行对鄱阳湖水位基本无影响.     

鄱阳湖湖泊流域系统水文水动力联合模拟

本文以鄱阳湖湖泊流域系统为研究对象,鉴于该湖泊流域系统尺度较大,下垫面自然属性呈现高度空间异质性且具有流域-平原区-湖泊不同机制的水文水动力过程,为了真实描述湖泊流域间的水文水动力联系及反映不同过程间的作用机制,构建了鄱阳湖湖泊流域联合模拟模型.该模型基于自主研发的流域分布式水文模型WATLAC和湖滨平原区产流模型以及水动力模型MIKE 21 3个不同功能子模型的连接来实现该复杂系统的模拟.模型的联合采用输入-输出驱动及子模型的顺序执行进程,即将五大子流域与平原区入湖径流量作为输入条件来驱动湖泊水动力模型,模拟湖泊水位对流域入湖径流量的响应.以2000-2005年鄱阳湖流域6个水文站点的河道径流量、流域基流指数以及湖泊4个站点的水位资料来率定模型,其中各站点日径流量拟合的纳希效率系数E_ns为0.71~0.84,确定性系数R²介于0.70~0.88之间,而湖泊各站点水位拟合的纳希效率系数E_ns变化为0.88~0.98,确定性系数R²为0.96~0.98,均取得令人满意的率定结果.本文提出的鄱阳湖湖泊流域系统水文水动力联合模拟模型能较为理想再现湖泊水位对流域降雨-径流过程的响应.水位模拟结果进一步表明,该联合模型能用来获取重要的水动力空间变化特征.该模型可作为有效工具定量揭示湖泊流域系统水文水动力过程对气候变化和流域人类活动的响应.     

定常风对鄱阳湖水动力的影响

鄱阳湖属大风区,风场作为仅次于流域"五河"倾泻和长江顶托作用的另一重要驱动力,或在某些时刻影响局部区域的水流结构,进而影响局部水体中泥沙、污染物、营养盐等物质的输移和扩散.基于鄱阳湖二维水动力数学模型,模拟定常风场条件下的鄱阳湖流场分布及环流形式,并与无风条件下的水流时空结构进行对比.结果表明:3.03 m/s的NE向和SSW向定常风对湖泊水位影响微弱;对流速的影响主要集中在7月中旬至9月底的"湖相"期;其影响区域主要分布在湖区中部大湖面偏西岸及东部湖湾,约占湖泊最大水面积的16%;上述区域出现明显环流,环流结构具有时空异质性特点,环流区流速普遍增至无风时的两倍以上;NE向和SSW向风场产生的环流位置相近,方向相反.相比于以往鄱阳湖水动力研究中对风场的忽略,本次研究揭示了定常风场对鄱阳湖的重点影响区域、影响程度及影响形式,可为泥沙及污染物输移模拟中对风场条件的处理及可能带来的误差与误差的空间分布提供重要依据.     

鄱阳湖汇流顶托对长江汉口水位影响的量化分析

为定量评估汇流顶托对水位变化的影响,本文从水文过程仿真及顶托响应评价入手,提出了一种汇流顶托对水位影响的量化分析方法,并以长江汉口江段为例,开展了鄱阳湖汇流顶托对长江汉口江段水位影响的量化评价,结果表明:改进提出的长江汉口江段水文仿真模型,经参数优选后确定性系数可达0.98以上,总量相对误差绝对值在3%以内,较好地再现了水文变化过程;通过响应指数定义及水文过程模拟,研制了汉口多值型水位流量关系响应特征曲线,揭示了鄱阳湖与长江水位变化的关联性机制;经2016和2020年洪水实例分析,汉口江段长历时高洪水位主要受长江来水及鄱阳湖汇流顶托共同驱动,二者合力贡献可达83.3%以上,其中鄱阳湖汇流顶托贡献率在35%左右.其余因素(如区间洪水、沿江排涝等)亦助推高洪水位形成,部分时段贡献可达近34.4%.本文提出的顶托量化分析方法,可定量评估因顶托效应引起的水位变化,为解析河段高洪水位成因机制提供了有效的技术支撑.     

鄱阳湖水位变化对候鸟栖息地的影响

鄱阳湖越冬候鸟保护最重要的环节是保护栖息地,候鸟栖息地的面积和空间分布随水位过程而变化.在分析认定鄱阳湖湿地景观分类中水陆过渡带及其上下摆动区(稀疏草滩区和浅水区)为越冬候鸟主要栖息地的基础上,选择不同水位的遥感影像资料,经解译定量分析不同水位水陆过渡带面积及其空间分布,从而分析不同水位条件对候鸟柄息地的影响.进而分析...     

鄱阳湖区洪涝灾害规律分析

根据1950-2002年的鄱阳湖洪水与洪水灾害损失资料,建立年最高洪水位与洪灾损失的相关模型;运用概率统计的理论与方法,研究了鄱阳湖区洪涝灾害与灾害损失的统计规律,将鄱阳湖洪水、鄱阳湖区洪涝灾害的受灾面积划分为6个等级.揭示鄱阳湖区洪水主要集中于10年一遇(3级)以下;一般洪水为2-5年一遇,在统计资料内,共发生过24次,造成的损失只占到历年总损失量的约l/3;5年一遇以上的洪水虽然只发生过7次,但是其损失却占历年洪灾总损失的约2/3.采取综合治理措施.降低鄱阳湖洪水位,并进一步提高鄱阳湖区圩堤防洪能力是减轻鄱阳湖区洪涝灾害损失的有效途经.     

三峡工程对鄱阳湖冲淤的影响和预测

泥沙淤积是制约湖泊功能的重要因素。三峡工程运行后增减下泄流量,将使鄱阳湖的泥沙交换和淤积作用发生变化。本文根据鄱阳湖的沉积特点,利用典型年的水文过程对库区增减下泄流量时的冲淤变化进行了预测,指出直接的影响不大,但洲滩发展和束狭入江断面的负效应须有所警惕。     

不同典型年“引江济巢”工程对巢湖水质的影响

“引江济巢”作为引江济淮的起始段工程,承担着改善巢湖水质的重要任务,调水路线的选取对水质改善效果有关键影响.本文基于MIKE21模型构建了巢湖水动力水质模型,分别模拟了丰水年、平水年和枯水年情景下巢湖流场和总氮、总磷浓度时空分布特征,以及不同调水路线在各典型年对巢湖水质的影响.结果显示巢湖流场和水质分布有明显的空间差异性,受入湖负荷和流量影响,巢湖在丰水年水质较差,整体来说东湖区水质优于西湖区.相比其他年份,丰水年调水对湖区水质的改善作用最明显;不同调水路线中,自白石天河入流相较兆河入流对巢湖,尤其是西湖区水质改善明显.     

鄱阳湖近600年洪水规律的分析

根据鄱阳湖区地方志等史料提供的信息,确定了鄱阳湖历史上无实测资料时期的洪水年份,统计分析了不同时期洪水出现次数和变化特征,揭示了鄱阳湖近600年来洪水出现的规律。     

鄱阳湖浮游植物功能群的长期变化特征(2009-2016年)

鄱阳湖是中国最大的淡水湖,每年都有剧烈的季节性水位变化.为了解鄱阳湖浮游植物功能群特征及其与环境因子的关系,2009-2016年每季度在鄱阳湖15个采样点采集水样,分析鄱阳湖的水质和浮游植物群落结构,并对浮游植物进行功能群划分.研究结果表明,鄱阳湖共检出浮游植物8门106属.2009-2016年平均生物量分别为0.044、0.252、0.335、6.379、3.945、2.912、3.562和1.550 mg/L.硅藻门为鄱阳湖浮游植物的优势门类.鄱阳湖浮游植物可划分为27个功能群,其中15个功能群（C、D、G、H1、J、Lo、M、MP、N、P、S1、Tc、Wo、W1和Y）为优势功能群.2009-2011年,功能群P、Y、MP、D为优势类群,2012-2016年,功能群P、Y、MP、H1、Lo为优势类群.鄱阳湖浮游植物优势功能群不同水文阶段的演替规律为：枯水期P、MP、Y、Lo、D,涨水期P、Y、D、MP、H1,丰水期P、Y、D、MP、Lo、H1,退水期P、Y、MP、G.RDA分析结果显示,水位变化、水温、透明度、电导率、悬浮物浓度和亚硝态氮浓度是影响鄱阳湖浮游植物功能群的主要环境因子.     

地形变化对鄱阳湖枯水的影响

基于2010年鄱阳湖最新地形,构建精细的鄱阳湖二维水动力数学模型,相同网格下构建1998年地形,分别模拟不同地形条件下2006年枯水年水位、流量时空分布,分析地形变化对水位、流量的影响,阐释地形影响的时空差异.结果表明:相比1998年,2010年地形由于北部入江通道的下切,相同的2006年水文条件下,水位普遍降低;水位越低,上下游水面坡降越大,受地形影响越明显;低水位最大降幅1~2 m,而高水位最大不超过0.4 m,分别对应湖口9 m以下、15 m以上水位;地形对水位的影响程度都昌星子棠荫康山;都昌至湖口段水头差降低了2 m,水面坡度变缓,棠荫至都昌段水面坡度变陡,康山至湖口水头差基本不变;全年出湖总流量增加了6%;地形变化影响最显著为河道区,影响范围可波及大部分湖区,局部地形的变化使得子湖水面积也存在一定差异.本研究首次基于水动力模拟量化了鄱阳湖地形变化对水位的影响程度和范围,结果可为水资源管理、江湖关系演变分析、湿地生态环境保护等提供科学参考.