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.     

长江倒灌对鄱阳湖水文水动力影响的数值模拟

倒灌是发生在湖泊与周围水体交汇处的一个重要物理过程,对湖泊水文水动力与水环境带来严重影响或干扰,进而对湖泊水质产生重要的影响或控制作用.本文采用统计方法和二维水动力-粒子示踪耦合模型来分析倒灌物理成因、倒灌发生判别与指示以及倒灌对鄱阳湖水文水动力的影响.统计表明,流域"五河"入湖径流、长江干流径流情势以及两者叠加作用均是倒灌的影响因素,但长江干流径流情势是影响或者控制倒灌频次与倒灌强度的主要因素."五河"来水与长江干流的流量比可用来判别与指示倒灌发生与否.当流量比低于约5%时,倒灌可能发生且最大发生概率可达25%;当流量比高于10%时,倒灌发生概率则低于2%.水动力模拟结果表明,倒灌对湖区水位与流速的影响向湖区中上游逐渐减弱,湖泊水位和流速受影响最为显著的区域主要分布在贯穿整个湖区的主河道,而浅水洪泛区的水位和流速则受倒灌影响相对较小.倒灌使得湖泊空间水位提高约0.2~1.5 m,湖泊主河道的流速增加幅度可达0.3 m/s.粒子示踪结果表明,倒灌导致湖区水流流向转变约90°~180°,倒灌导致的水流流向变化能够使湖区大部分粒子或物质向上游迁移约几千米至20 km,且粒子在下游主河道的迁移距离要明显大于中上游洪泛区.     

长江倒灌对鄱阳湖水动力特征影响的数值模拟

长江水倒灌是鄱阳湖的一个重要现象,是江湖作用的具体体现.利用环境流体动力学开源代码(EFDC)建立鄱阳湖的二维水动力模型,并借助染色剂模块和水龄模块,分析鄱阳湖全年的水动力变化过程、倒灌现象及其影响.数值模拟结果精确地验证倒灌的发生、持续时间和倒灌流量,显示倒灌时期湖区水力梯度、湖流逆向的特点.顶托作用强于鄱阳湖盆地作用时是倒灌发生的条件,通过计算倒灌发生的临界流量并与实际来流进行对比,本文提出新的倒灌判定条件,可以准确地预测倒灌和预估倒灌流量,且利用2007 2009年的测量数据验证了其可靠性.通过在赣江入流设置染色剂的方法,模拟获得2008年4次倒灌入流水体在湖区的占据面积.顶托作用和倒灌造成湖水不能外泄甚至逆流,增加湖区水体的水龄,通过数值模拟并与水力停留时间进行对比,估算出湖湖水水龄的增加时间.     

鄱阳湖二维水动力和水质耦合数值模拟

针对大型通江湖泊水位变化剧烈,地形起伏多变,岸线复杂,湖泊内部窄小洪道与大面洲滩和洼地连接复杂,湖泊洲滩出露、淹没频繁交替等湖泊水情和地貌特征,基于二维浅水方程和对流扩散方程组构建了鄱阳湖二维水动力和水质耦合模拟模型.模型采用非结构网格有限体积法进行离散,以HLLC算法计算单元界面的水量、动量和物质输运通量.水陆边界通...     

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.     

太湖水动力学三维数值试验研究─1.风生流和风涌增减水的三维数值模拟

本文建立了太湖风生流和风涌增减水的一个三维数值模型,该模型可对垂直方向进行多层次划分,且各计算网格点层数一样。模拟计算了１９９７年８月的１１号台风对太湖水位和湖流作用,用环湖六个水位站水位过程资料对模型计算出的水位进行了验证,并用太湖梅梁湖湾口的实测流速资料对模型计算出流场进行了校验。     

模拟水动力对湖泊生物群落演替的实验

从静止状况到小水流,大水流的模拟水动力实验表明,水动力对湖泊生物群落演替重要作用,藻类种类数以大小流时最高,其生物量也最高,这与ＮＯ＾－／ＴＤＮ比值相一致,由静止状态到大小流状态,藻类数量呈现递增趋势,这与相应的ＴＤＮ／ＴＮ、ＴＤＰ／ＴＰ呈递减趋势相呼应,浮游动力物种类、数量的变化较之浮模特更明显,尤其是枝角类的变化更大,动力作用通过增加水体中悬浮质、降低透明度、改变水下光照条件及生物过程释放放营     

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.     

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施工和运行对湖区及尾闾洪水动力的影响

鄱阳湖是长江水系中的两大通江湖泊之一,在调节长江水位、涵养水源、改善当地气候和维护周围地区生态平衡等方面都起着巨大的作用。鄱阳湖水利枢纽的修建可能导致湖泊水文情势和水动力的变化。本文基于MIKE 21构建鄱阳湖二维水动力模型,选取1954年和1998年特大洪水年以及1991年长江倒灌年作为运行期的典型年,选取1995年作为施工期典型年,按照规划中的鄱阳湖水利枢纽工程施工及运行调度方案,计算水利枢纽修建前后鄱阳湖水位和流量的变化,定量分析枢纽工程对长江干流、鄱阳湖湖区及尾闾附近洪水动力的影响。结果表明:不同典型年鄱阳湖水利枢纽对长江干流、湖区及尾闾的洪水动力影响相似,其中洪水期、倒灌期及施工期一期对长江防洪、湖区及尾闾附近的影响较小,施工期二期湖区水位壅高幅度最高达0.237 m,对鄱阳湖湖区及尾闾附近防洪有一定影响;枢纽工程对星子、都昌、康山等湖区水文站水位影响幅度较为接近,且越靠近尾闾,影响越小。整体而言,鄱阳湖水利枢纽的修建会导致洪水年鄱阳湖湖区水位壅高,倒灌期湖区水位降低,湖区流速降低,但变化幅度均较小,故枢纽工程施工期和运行期对汛期行洪影响不大。     

鄱阳湖水龄季节性变化特征

基于环境水动力学模型EFDC源程序,建立了染色剂模型和水龄模型,在将模型与航测水文数据验证吻合的基础上,分别计算了鄱阳湖自然条件下春、夏、秋、冬季的水龄和倒灌前后鄱阳湖染色剂和水龄分布的变化,以及五河水系各分支河流水龄.分季节的水龄计算表明鄱阳湖水体交换受季节性来水影响明显.夏、秋季的水龄相对较小,在多数年份又受到长江水倒灌的影响导致水龄有所增大;冬、春季水龄较大,亦无长江水倒灌现象,相较于夏、秋季,水域面积明显减少.分支流的水龄计算表明,西南湖区的水体交换主要受到赣江的影响,西北湖区水体交换主要受到修水和赣江的影响,南部湖区主要受到抚河与信江的影响,东部湖区主要受到饶河的影响,湖心区和入江水道则受到五河水系的综合影响.同时水龄的研究表明拟建的鄱阳湖水利枢纽工程"调枯不调洪"的原则是合理的,为鄱阳湖水利枢纽工程论证提供了重要的参考依据.     

鄱阳湖区域极端降水异常的特征及成因

鄱阳湖区域4-7月极端降水总量存在显著的2-4年周期变化,且鄱阳湖4-7月极端降水总量的变率存在比较显著的增加趋势.1998年6月鄱阳湖地区极端降水总量异常偏多,而2001年6月异常偏少,仅为1998年的13.5%左右.通过分析大气环流场、水汽输送等方面的差异,发现1998年6月500hPa高度场上乌拉尔山高脊和鄂霍次...     

鄱阳湖富营养化调查与评价

为了较全面了了解鄱阳湖水体的富营养化现状,于１９９２年５月１６日－６月３０日和１９９３年１月５日－２月４日在各河入湖口,湖区,候鸟保护区及长江九江大桥断面进行了调查。     

20世纪90年代鄱阳湖洪水特征的分析

20世纪90年代,鄱阳湖平均水位超过近50年来的任何10年,年最高水位出现近100年来的最大值,灾害性洪水年年都有,大洪水接二连三;洪水位明显偏高,大洪水显著偏多,是有水文资料记载以来典型的丰水时期;本文从水文,统计角度分析这10年里的洪水特征,探讨高水位形成的原因。     

风场对鄱阳湖丰水期表层蓝藻密度的影响

目前,在风场对蓝藻的影响研究方面,国内针对太湖、滇池、巢湖等浅水湖泊的研究较多,针对鄱阳湖的研究则多集中于蓝藻群落特征及其与营养盐之间的关系。近年来,作为长江流域重要的通江湖泊,处于轻度富营养化状态的鄱阳湖水体蓝藻水华在局部库湾和部分水域出现,风场如何影响鄱阳湖表层蓝藻密度是一个值得探讨的问题。2019-2021年,在鄱阳湖布设13~49个采样点,于平水期、丰水期和枯水期现场采集各个点位表层水样、藻类、风场和流场数据,分析风场对鄱阳湖丰水期表层蓝藻密度的影响。结果表明,2019-2021年鄱阳湖丰水期风速与表层蓝藻密度呈显著正相关性,风场对水体的充分混合及驱动水体形成的风生流是促进蓝藻生长的原因之一。在流速较高(>0.05 m/s)的区域,无论风速高于还是低于临界风速(3~4 m/s),鄱阳湖表层蓝藻密度的空间分布受流场的影响更大;在流速较低(<0.05 m/s)的区域,风速在临界风速以下时,鄱阳湖表层蓝藻密度的空间分布受风场影响更大。2019-2021年鄱阳湖丰水期蓝藻密度超过水华暴发的阈值,但在高风速高流速的共同作用下未能发生大范围的蓝藻水华,仅能在风速适宜(<3~4 m/s)、流速较低(<0.05 m/s)的内湾、尾闾区等区域发生小面积的蓝藻水华。鄱阳湖丰水期水体处于长江顶托的低流速且微风条件下时,发生大面积蓝藻水华的概率可能会明显上升。     

洪泽湖风生流对风场和水位变化响应特征

深入认识大型湖泊在不同风速、风向和水位下三维风生流结构特征对于湖泊污染控制、生态恢复及资源的开发利用具有重要意义.本文在构建笛卡尔坐标系下洪泽湖三维水动力模型的基础上,利用2次全湖30个点位流场监测数据验证了模型精度.基于1975-2020年长系列风场观测数据,确定了洪泽湖典型风速风向.在此基础上,模拟了16种不同风向,13种不同风速和20种不同水位工况条件下洪泽湖三维风生流结构.结果表明：水动力模型可以较好地刻画洪泽湖三维湖流变化特征.洪泽湖风生流结构随风向变化呈现出较大空间差异.风生流流速随着风速的升高呈加速上升趋势,其中表层水体流速上升幅度远高于其他水层.在2.4 m/s东风驱动下,溧河洼、成子湖和南部湖区垂向平均流速随着水位上升呈先升高后降低的趋势,3个湖区分别在12.7、12.4和12.2 m水位下流速达到最大值.