长江—鄱阳湖江湖关系演变趋势与调控效应研究
发布时间：2020-05-23 04:35
【摘要】：鄱阳湖是我国最大的淡水通江湖泊,在长江经济带发展与保护中占有十分重要的地位。受气候变化、自然地理条件和人类活动等多重因素影响,长江与鄱阳湖江湖关系持续演变,尤其是近十几年演变加剧,给湖区经济社会发展及生态环境带来较大影响,受到社会广泛关注。定量识别气候变化及人类活动等要素对江湖水情的影响,分析三峡水库运行下江湖关系新变化趋势及适应性调控成为学术界的研究热点。本文在系统总结和归纳国内外对江湖关系演变与调控效应相关研究的方法、成果和存在问题的基础上,形成江湖关系演变趋势与调控效应研究理论框架和技术方法体系,围绕江湖水情时空演变特征与趋势、江湖洪水遭遇规律、江湖水量交换关系、控制性水库对江湖水情的调控效应等方面展开全面系统的定量辨识研究,为保障鄱阳湖经济、社会、环境可持续协调发展提供科学理论依据。论文主要研究内容和成果如下:(1)采用数理统计、Mann-Kendall检验、Pettitt检验及小波分析等水文演变趋势分析方法,揭示长江中游干流和鄱阳湖的流量、水位、江湖冲淤、河道水位流量关系、江湖水位关系、湖泊调蓄洪水能力等水系统要素的长历时时空演变特征及趋势。三峡水库运行以来,长江中游干流9～11月流量明显减少,12～次年3月流量增加;九江站枯水河床冲刷下切,水位特征受上游来水和河道冲刷综合影响而改变。鄱阳湖出湖水量减少幅度小于入湖水量,但枯水期出流加快,9～11月最大倒灌流量减少;入湖水量长历时变化趋势不显著,出湖水量呈现微弱的上升趋势。鄱阳湖水位变化受五河和长江来水的双重影响,湖区都昌站附近水位变化幅度最大,都昌以上距离湖口越远影响越小。鄱阳湖湖口与长江干流水位相关关系较好,三峡水库运行后,水位相关关系未发生明显变化,而湖口站14m以下水位时星子水位明显降低。长江对鄱阳湖的顶托或倒灌作用减弱,从而减弱了对长江洪水的调蓄作用。江湖水情变化受降水偏少、河床冲刷和采砂、三峡水库运行等综合影响,2003年为主要突变点。(2)基于Copula函数研究江湖不同量级洪水遭遇概率,定量评估人类活动影响下多因素对洪水遭遇的影响。长江干流发生100年一遇洪水时,鄱阳湖发生100年、50年、10年一遇出湖洪水的概率分别为19.0%、27.3%和53.8%。在长江发生一定洪水条件下,鄱阳湖低重现期洪水发生的可能性比高重现期洪水的可能性大,鄱阳湖调蓄降低了长江洪水与鄱阳湖出湖洪水遭遇概率。三峡水库削峰作用降低了鄱阳湖与长江洪水遭遇概率约7.0%。(3)基于顶托强度指数、倒灌强度指数及水量交换系数等特征指数概念和方法,系统分析复杂的江湖水量交换关系及交换强度变化,探讨主要驱动因素影响程度。鄱阳湖汛期7～9月多年平均顶托强度27.5%,平均倒灌强度8.3%,水量交换以“湖分洪”状态为主;枯水期12～次年4月多年平均顶托强度8.8%,水量交换以“湖补江”状态为主。当长江中游来水较五河来水15.7倍偏丰时,水量交换以“湖分洪”为主;当长江中游来水较五河来水6.8倍偏少时,水量交换以“湖补江”为主;其他来水情况表现为“稳定”状态。江湖调控是驱动江湖水量交换关系变化的主因,三峡水库运行以来,12～次年3月湖口顶托强度增加6.0%,汛期削峰作用降低湖口顶托强度4.8%,倒灌强度减弱2.3%。(4)构建长江中游复杂江湖关系一、二维耦合水动力数学模型,定量识别三峡水库正常运行对于江湖天然水文过程和江湖关系的影响程度。三峡水库蓄水期(9～11月),长江中游干流九江站流量减少、水位降低,尤以10月最为显著,平均流量减少3340m3/s;三峡水库补水期(12～次年5月)流量总体增加、水位升高,枯水期1～3月补水作用明显,平均流量增加800～1550m3/s;汛期大洪水洪峰有所削减。三峡水库运行改变了江湖水量交换过程,鄱阳湖9月平均出湖流量增加14.6%,而10月出流减少9.6%,12～次年5月出流减少0.1～5.0%,6～7月出流增加2.7～7.4%,8月出流减少4.6%,7～10月倒灌流量有所减少。湖区水位过程受长江干流来水和江湖水量交换变化而发生显著改变,涨水阶段水位偏高,退水阶段水位偏低,消落速度加快,枯水出现时间提前,枯水历时加长,水文节律变为洪旱急转的情势。三峡水库蓄水期降低湖区水位效应可影响至康山,枯水期补水抬高湖区水位作用仅能影响到都昌附近。湖区星子站10月平均水位降低1.04m,1～3月平均水位升高0.17～0.32m,湖区水面面积和湖容相应变化。湖区近年水文节律变化特征已成为常态化趋势,对湖区供水和生态环境产生了较大影响。(5)采用水动力数学模型和动湖容模拟调节,研究拟建鄱阳湖枢纽及与三峡水库联合调控对江湖水情的调节效应。鄱阳湖枢纽科学调控后,汛期对江湖水情影响较小,枯水期可有效恢复和科学调整江湖关系,改善了湖区的水资源利用形势和水生态环境,并可对长江下游干流起到一定的补水作用。鄱阳湖枢纽汛末蓄水期(9月1日～15日),湖口出湖流量平均减少值占大通站同期流量的5.6%,而湖区星子水位较现状平均升高0.78m。江湖关系恢复期(9月16日～10月底),为三峡水库主要蓄水期,星子水位较现状平均升高2.59m,湖区水位、下降速度可基本恢复到三峡水库运行前的情势。科学调整江湖关系期(11～次年2月),11月湖口出湖流量平均增加714m3/s,星子水位较现状平均升高2.72m,较三峡水库运行前的水位抬高0.7m;长江干流最枯水期12～次年2月,出湖流量变化较小,而星子水位可平均升高2.94m,较2003年以前的平均水位抬高2.36m。
【图文】：
２．２江湖关系的水文演变趋势分析方法逡逑２．２．１演变趋势分析方法逡逑水文演变趋势分析方法众多，本文主要采用线性回归分析、滑动平均、累积距平、逡逑历时曲线、Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ检验、Ｐｅｔｔｉｔｔ检验、小波分析等分析趋势性、突变性和周期逡逑性的方法，以下仅简要介绍Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ检验法、Ｐｅｔｔｉｔｔ检验法、小波分析法。逡逑２．２．１．１邋Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ邋检验法逡逑在时间序列趋势分析中，Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ检验（简称ＭＫ）是世界气象组织推荐并逡逑己广泛使用的非参数检验方法，最初由Ｍａｎｎ和Ｋｅｎｄａｌｌ提出（Ｍａｎｎ，，１９４５；邋Ｋｅｎｄａｌｌ，逡逑１９７５），ＭＫ检验不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，适用水文、逡逑气象等非正态分布的数据，众多学者不断应用ＭＫ方法来分析降水、径流、水位、泥逡逑沙、气温和水质等要素时间序列的趋势性和突变性。逡逑在ＭＫ检验中，原假设／／0为时间序列数据；＾是？个独立的、随机变量同分布的逡逑
２．２．３．２倒灌强度指数逡逑差异性的湖泊流域和长江中上游来水作用，为特定时间内江水倒灌的发生提供了逡逑条件。鄱阳湖倒灌现象是长江洪水顶托作用的极端现象，也是“湖分洪”作用的直接表逡逑现。为定量表征长江水倒灌鄱阳湖效应特征，定义倒灌强度指数Ｄ，以反映鄱阳湖分逡逑蓄长江洪水能力，即倒灌强度（赵军凯，２０１１；赵军凯等，２０１３；邴建平等，２０１７；李雨等，逡逑２０１７）。逡逑若湖口实测流量＆＜０，则表示发生倒灌。设某月总天数为《，发生倒灌天数为ｆ逡逑天，不发生倒灌天数为心【，则该月湖口总倒灌水量记为Ｖ，湖口实际出湖水量记为０：逡逑＾土N襄危ǎ玻玻保福╁义希椋剑苠义希希蓿眩螅殄危ǎ玻玻保梗╁义希椋剑戾义鲜街校喝希勘硎镜冢旌谑挡饬髁浚唬１硎靖迷鲁そ构嘧芰浚唬媳硎靖迷论堆艉义稀ｅ义
本文编号：2677158
【图文】：
２．２江湖关系的水文演变趋势分析方法逡逑２．２．１演变趋势分析方法逡逑水文演变趋势分析方法众多，本文主要采用线性回归分析、滑动平均、累积距平、逡逑历时曲线、Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ检验、Ｐｅｔｔｉｔｔ检验、小波分析等分析趋势性、突变性和周期逡逑性的方法，以下仅简要介绍Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ检验法、Ｐｅｔｔｉｔｔ检验法、小波分析法。逡逑２．２．１．１邋Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ邋检验法逡逑在时间序列趋势分析中，Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ检验（简称ＭＫ）是世界气象组织推荐并逡逑己广泛使用的非参数检验方法，最初由Ｍａｎｎ和Ｋｅｎｄａｌｌ提出（Ｍａｎｎ，，１９４５；邋Ｋｅｎｄａｌｌ，逡逑１９７５），ＭＫ检验不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，适用水文、逡逑气象等非正态分布的数据，众多学者不断应用ＭＫ方法来分析降水、径流、水位、泥逡逑沙、气温和水质等要素时间序列的趋势性和突变性。逡逑在ＭＫ检验中，原假设／／0为时间序列数据；＾是？个独立的、随机变量同分布的逡逑
２．２．３．２倒灌强度指数逡逑差异性的湖泊流域和长江中上游来水作用，为特定时间内江水倒灌的发生提供了逡逑条件。鄱阳湖倒灌现象是长江洪水顶托作用的极端现象，也是“湖分洪”作用的直接表逡逑现。为定量表征长江水倒灌鄱阳湖效应特征，定义倒灌强度指数Ｄ，以反映鄱阳湖分逡逑蓄长江洪水能力，即倒灌强度（赵军凯，２０１１；赵军凯等，２０１３；邴建平等，２０１７；李雨等，逡逑２０１７）。逡逑若湖口实测流量＆＜０，则表示发生倒灌。设某月总天数为《，发生倒灌天数为ｆ逡逑天，不发生倒灌天数为心【，则该月湖口总倒灌水量记为Ｖ，湖口实际出湖水量记为０：逡逑＾土N襄危ǎ玻玻保福╁义希椋剑苠义希希蓿眩螅殄危ǎ玻玻保梗╁义希椋剑戾义鲜街校喝希勘硎镜冢旌谑挡饬髁浚唬１硎靖迷鲁そ构嘧芰浚唬媳硎靖迷论堆艉义稀ｅ义
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