长江中下游江湖水交换规律研究

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长江流域水资源分布与利用研究

长江流域水资源分布与利用研究

长江流域水资源分布与利用研究长江流域,作为中国最大河流,承载了亿万民众的生活和发展。

然而,随着人口的增长和经济的发展,对于水资源的需求也越来越大,对水资源的利用和管理的研究成为了一个非常重要的课题。

本文将从长江流域水资源的分布、利用和管理等方面进行探讨。

1. 长江流域水资源的分布长江流域的水资源分布十分不均匀,主要表现在以下几个方面:首先,地理位置上。

长江流域包括川、黔、滇、藏、青、甘、宁、陕、湖、鄂、渝、皖、闽、赣、鲁等15个省份,面积约111万平方公里,其中,长江干流长度约6300公里,沿流域水资源的分布呈现出南多北少、西多东少的格局。

其次,季节性。

鉴于最多降水期与最少降水期在南北方向上的时间差异,江南地区的水资源主要在夏季丰沛,而长江上游地区以及长江中游地区则以春、秋季节多雨多暴雪为主。

再次,水质的好坏。

受到工农业生产和人口的污染,长江流域的水质也有很大的差距。

据统计,长江干流1000公里以上的主要支流有106条,超半数的支流已经污染超标。

其中,以洞庭湖、鄱阳湖、太湖、酒泉水库等著名的水体被污染严重。

2. 长江流域的水资源利用长江流域的水资源利用也是一个非常值得探讨的问题。

随着工农业生产的发展和人口的增长,水资源的需求日益增加,长江流域的水资源越来越匮乏。

对于水资源的利用水平与方式,我们可以从以下三个方面来看:首先,人类生产生活用水。

众所周知,人体对于水的需求非常大,因此人类对于水资源的利用是居于首要的位置。

根据统计,2019年长江流域的城镇供水量约为421亿立方米,占全国总体供水量份额的27.7%。

与此同时,工农业灌溉用水也显得越来越重要,据公开数据披露,2003年至2012年期间,长江三角洲地区的农业用水比重逐年增长,2012年略高于七成。

其次,水力发电。

长江流域的水力发电资源丰富,电力对于经济的推动作用也非常明显。

截至2019年底,长江干流流域已建成电站居全国各河网之首,并且能源结构亦一直遵从着降耗减排、高效稳定的战略方向。

长江中下游“一江两湖”泥沙分布格局研究

长江中下游“一江两湖”泥沙分布格局研究

长江中下游“一江两湖”泥沙分布格局研究
朱玲玲
【期刊名称】《人民长江》
【年(卷),期】2017(048)011
【摘要】长江中下游“一江两湖”交织,形成我国最为庞大和复杂的江湖水网,是水资源最为丰富的地区,亦是长江经济带发展规划的重点区域.近60 a来,江湖系统内、外部人类活动频繁,规模大,致使泥沙来源、来量及分布格局显著变化,江湖关系相应调整.基于江湖系统不同控制区的泥沙通量计算,揭示了“一江两湖”泥沙分布格局
调整的3个特征阶段:1956~1980年江平衡、湖沉积,1981~2002年江湖同沉积
和2003~2015年江湖同补给.下荆江裁弯、水土保持工程、湖泊围垦和水利枢纽
工程等多重人类活动以及极端的水文情势,对江湖泥沙分布格局阶段的调整影响明显.
【总页数】5页(P27-31)
【作者】朱玲玲
【作者单位】长江水利委员会水文局,湖北武汉430010
【正文语种】中文
【中图分类】TV149
【相关文献】
1.西藏“一江两河”流域土地沙化空间分布研究 [J], 李永霞;方江平
2.流域特征及景观格局对泥沙输移比的影响研究综述 [J], 王然;岳德鹏;王计平
3.三峡工程运行后长江中下游河道设计频率水文年泥沙模拟研究 [J], 李振青;吴昌洪;李会云;杜晓阳
4.基于广义帕累托分布的长江中下游极端降水重现期研究 [J], 牟婷婷;林爱文;方建
5.长江中下游洪枯季泥沙絮凝研究 [J], 郭超;何青
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近10年流域江湖关系变化作用下鄱阳湖水动力及水质特征模拟

近10年流域江湖关系变化作用下鄱阳湖水动力及水质特征模拟

第35卷第5期2015年5月环㊀境㊀科㊀学㊀学㊀报㊀ActaScientiaeCircumstantiaeVol.35,No.5May,2015基金项目:国家重点基础研究发展计划项目(No.2012CB417004);国家自然科学基金(No.50879093,41173118)SupportedbytheNationalBasicResearchProgramofChina(No.2012CB417004)andtheNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.50879093,41173118)作者简介:杜彦良(1974 ),女,高级工程师(博士),E⁃mail:duyl@iwhr.com;∗通讯作者(责任作者)Biography:DUYanliang(1974 ),female,engineer(Ph.D.),E⁃mail:duyl@iwhr.com;∗CorrespondingauthorDOI:10.13671/j.hjkxxb.2014.1047杜彦良,周怀东,彭文启,等.2015.近10年流域江湖关系变化作用下鄱阳湖水动力及水质特征模拟[J].环境科学学报,35(5):1274⁃1284DuYL,ZhouHD,PengWQ,etal.2015.Modelingtheimpactsofthechangeofriver⁃lakerelationshiponthehydrodynamicandwaterqualityrevolutioninPoyangLake[J].ActaScientiaeCircumstantiae,35(5):1274⁃1284近10年流域江湖关系变化作用下鄱阳湖水动力及水质特征模拟杜彦良∗,周怀东,彭文启,刘晓波,王世岩,殷淑华中国水利水电科学研究院,北京100038收稿日期:2014⁃03⁃30㊀㊀㊀修回日期:2014⁃08⁃11㊀㊀㊀录用日期:2014⁃12⁃17摘要:鄱阳湖水文情势受流域来水及长江共同影响,近10年流域㊁长江和鄱阳湖间关系发生了较大变化,导致了新的水文节律调整,进一步使得湖区水质环境发生变化.对近10年序列(2003 2012年)和1956 2002年序列的多年平均的日水文过程进行对比,分析了鄱阳湖的流域入流㊁湖口出流及湖区水位的年内变化过程;近10年鄱阳湖最高水位降低,湖相时间变短,河相时间增长;通过构建鄱阳湖的二维水动力水质模型,并采用实测2010年湖区水动力及水质数据对模型进行率定验证,在此基础上着重研究流域㊁江湖水文情势变化条件下,湖区的水动力和水质发生的变化.模拟结果显示,由于4 6月间湖区丰水期滞后13d,8 10月间枯水期提前21d,导致TN浓度在两个时间段内分别上升10.6%和12.4%,TP浓度在两期间内分别升高11.7%和13.6%.在8 10月期间,湖区水位下降速率增加,南部与西部的碟型湖提前与主湖区分离,形成相对静水的水塘,加剧了碟型湖的富营养化风险.关键词:鄱阳湖;流域江湖关系变化;二维水动力水质模型;水动力水质影响模拟;TN和TP文章编号:0253⁃2468(2015)05⁃1274⁃11㊀㊀㊀中图分类号:X524㊀㊀㊀文献标识码:AModelingtheimpactsofthechangeofriver⁃lakerelationshiponthehydrodynamicandwaterqualityrevolutioninPoyangLakeDUYanliang∗,ZHOUHuaidong,PENGWenqi,LIUXiaobo,WANGShiyan,YINShuhuaChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch,Beijing100038Received30March2014;㊀㊀㊀receivedinrevisedform11August2014㊀㊀㊀accepted17December2014Abstract:ThehydrologicalregimeconditionofPoyangLakewasmainlyinfluencedbywatershedrunoffandtheYangtzeRiver.Inrecent10years,therelationshipofbasin,YangtzeriverandPoyanglakehadbeenchangedgreatly.Thischangenotonlycausedanalteredhydrologicalrhythm,butalsoaffectedthewaterenvironmentintheLake.Theaveragedailyhydrologicalprocessesintheperiodof2003 2012hadbeencomparedwiththosein1956 2002.Resultsshowthatseasonalallocationsofbasininflowandlakeoutflowwerealtered,thehighestwaterlevelweredecreased,andthetimeoflimneticfaciesofPoyangLakewereshortened.Furthermore,a2dimensionalnumericalmodelofhydrodynamicandwaterqualitywasappliedtostudytheimpactsofthechangingriver⁃lakerelationship,andthemodelwasvalidatedbythemeasureddatain2010.Theresultsrevealthatwaterqualitybecameworseduetothedroughtseasoncomingearlier21daysduringAugtoNov,and13dayslaggingoffloodseasonduringAprtoJun.TheconcentrationofTNinPoyanglakeincreasedby10.6%and12.4%duringtheperiodsofAprtoJun,andAugtoOct,respectively.TPconcentrationincreasedby11.7%and13.6%duringtheabovetworespectiveperiods.Intherecent10years,theseparationofdish⁃shapedlakesatsouthandwestofPoyangLakefromthemainlakeoccurredearlierintheperiodofAugtoOctthanthatin1956 2002.whichincreasedtheriskofeutrophication.Keywords:PoyangLake;thechangeofriver⁃lakerelationship;depth⁃averaged2Dnumericalmodel;thesimulationoftheimpactsonhydrodynamicsandwaterquality;TNandTP5期杜彦良等:近10年流域江湖关系变化作用下鄱阳湖水动力及水质特征模拟1 引言(Introduction)鄱阳湖是我国第一大淡水湖泊,处于典型的中亚热带季风区,四季分明,雨量丰沛,水资源量丰富.鄱阳湖主要入湖河流有赣江㊁抚河㊁信江㊁饶河㊁修水,分别从南㊁东㊁西3面汇入,经鄱阳湖调蓄后,北部由湖口进入长江.鄱阳湖湖口注入长江的年均水量为1427亿m3,大于黄河㊁淮河㊁海河三大河流入海水量的总和,占长江平均年径流量的15.5%.鄱阳湖对长江及国家的生态安全㊁防洪调蓄㊁水资源管理㊁河口演化等有极大的意义.鄱阳湖湖区水文过程外受长江及流域来水控制,内受湖盆地形作用,呈现以年为周期的变化.在全球气候变化的大背景下,随着社会经济的快速发展等,长江及鄱阳湖流域上水利工程的建设运行,区域水资源时空分配的变化,流域江湖间相互作用的动态平衡关系不断进行调整和演变.进入21世纪以来,鄱阳湖流域 旱涝 和 涝旱 转换越来越频繁,间隔年份不断缩短,鄱阳湖区低水位提前且持续时间延长(罗蔚,2013).与20世纪60年代鄱阳湖流域水文特性相比,气候变化导致流域1970 2000年间年均产流增加105.0% 212.1%,而人类活动的影响导致流域年均产流变化-5.0% -112.1%(Yeetal.,2013).鄱阳湖流域1956 2009年的水文资料分析显示,流域径流年际变化在20世纪较长时段呈增长趋势,1998年出现转折之后递减,下降速度略低于前期增长速度(胡春华,2010;刘健等,2009;Daietal.,2008;郑海金等,2012).罗蔚等(2013)分析鄱阳湖年入湖总水量在1959 2009年中无明显趋势性变化,年入湖总水量存在19年的主周期,在4 5月与6 7月之间,鄱阳湖在长时期内存在旱涝转化的交替循环.除了受流域来水来沙的作用外,鄱阳湖同时受到长江的影响.长江一定程度上能控制鄱阳湖湖口的出流,水位高情况下能阻止鄱阳湖向长江的出流,在一定时间段内长江流量的减小,削弱了长江对鄱阳湖湖口出流的作用,进而影响了湖区水位㊁湖容和季节性变化(Huetal.,2007).三峡水库建设运行后,7月下旬到10月长江对鄱阳湖的作用减弱,降低了长江中下游防洪的风险,同时使得鄱阳湖的蓄水量减小(Fengetal.,2011;Huaetal.,2012).2003 2008年的6年间,7 9月期间,年均湖口出流流量大于等于3000m3㊃s-1的次数增加了74次(Guoetal.,2012).鄱阳湖湖口站2000s的9 10月径流年内分配比例较1990s有所增加,2000s与同样枯水年组1980s和1960s相比,长江倒灌鄱阳湖的年数㊁总天数和总水量都减少(赵军凯,2011).鄱阳湖区水位受上游来水,下游出流以及人类活动作用,也发生变化.1962 1999年间,鄱阳湖水位以0.708m/10a的速率上升,同时大洪水年(水位在19.5m以上)出现的频率以5.98%/10a的速率增大.进入20世纪末,特别是长江三峡开始截流蓄水之后,鄱阳湖水位明显呈下降趋势,速率达到0.117m㊃a-1,1998年之后水位呈现直线下降趋势,连续6年最高水位低于19m,且逐年降低(胡春华,2010;罗蔚等,2013;万荣荣,2014;Huietal.,2008).湖区的水环境状况对鄱阳湖生态安全有着极为重要的意义(Xieetal.,2013),鄱阳湖的水质环境演变,除了受天然湖泊的演替过程作用,水文节律的变化影响,还受人类活动下诸多因素的影响,如水利设施建设㊁城市化进程㊁产业结构调整㊁土地利用格局等.总体而言鄱阳湖水质丰水期较好,枯水期较差,入湖河流段水质较差,湖区中部水质较好(丁惠君等,2012;陈巍,2010,姜哲,2007;李媛媛,2007).2003 2008年期间表明鄱阳湖区现状水质较好,全年㊁汛期㊁非汛期的Ⅰ Ⅲ类水面积比例分别为63.9%㊁99.3%㊁40.8%,水体处于中营养⁃轻度富营养化状态,Ⅰ Ⅱ类水面积比例呈下降趋势(毛战坡等,2011).2005 2009年,鄱阳湖TN㊁TP呈明显增长的趋势,尤其是TN.从2006年开始,TN增长速率大幅增加,2006 2007年间的增幅为39 80%,2007 2008年间的增幅高达50.20%,2008 2009年间的增幅为23.10%.而TP含量从2005年的0 082mg㊃L-1增长到0.238mg㊃L-1(胡春华,2010),赖锡军等(2011)㊁王鹏等(2014)及杜彦良等(2011)采用数值模型手段对鄱阳湖水动力水质进行研究.鄱阳湖和长江在水资源总量受多年丰枯周期的影响,从长时间序列看变化不显著,但是由于人类活动的影响,江河的水资源量的在年内的分配过程发生了变化,并相互作用影响.本文利用1956 2012年长序列鄱阳湖水文数据,将三峡水库建设后的2003 2012年来鄱阳湖多年平均水文与1956 2002年多年平均日数据进行比较,定量分析近105721环㊀㊀境㊀㊀科㊀㊀学㊀㊀学㊀㊀报35卷年来水文过程在年内发生的变化.构建鄱阳湖二维水动力水质模型,采用2010年水质数据对模型进行率定验证,在此基础上通过模型情景计算,分析现状鄱阳湖入湖污染格局下,江湖关系变化作为湖区水环境演变的驱动因子之一,对湖区水质的变化所起的作用,为湖区水污染治理和水质改善提出技术支持.本文中采用的水文及水质数据均来自鄱阳湖枢纽工程建设办公室.2㊀鄱阳湖江湖变化(Changingriver⁃lakeinteraction)2.1㊀与长江关系变化鄱阳湖上游承接流域五河及周边来流,下游与长江相通.因同时受五河及长江的作用鄱阳湖湖口的水位及流量相关性差(胡春华,2010;赵军凯,2011).通过湖口水位流量与入湖流量的对比,鄱阳湖区水动力特性在3 6月主要受流域来水流量控制,而7 11月受长江水位作用强.这两个时间段的流域及长江两个作用同时发生变化时,系统的平衡改变,使得鄱阳湖处于新的调整状态.首先,流域上随着大中型水利工程的建设,鄱阳湖流域入湖流量过程自20世纪90年代中后期发生变化,尤其是汛期入湖流量减小.其次,长江三峡水库2002年蓄水运行后,8 11月长江水位流量较三峡建设前偏低.最后,由于鄱阳湖流域的来水来沙条件的改变,同时人为采砂活动频繁,环湖周边经济发展,五河控制站点及鄱阳湖水位都出现不同程度的下降趋势.鄱阳湖湖口水位反映长江水位的变动,星子站处于入江水道的上游区域,同时受长江及湖区出流的影响作用,有河道水流的部分特性,与水位㊁流量及湖区的蓄水相关(方春明等,2012).1956 2012年水文序列中,星子站9 12月的月均最低水位,均发生在2003年之后,分别为2006㊁2009及2007年.本文重点关注三峡水库建设后的10年中水文情势的变化过程,采用2个多年平均的水文序列1956 2002年(序列一)及2003 2012年(序列二),比较这两个序列的多年平均水文变化规律.对鄱阳湖湖口和星子站的水位进行不同序列的比较,见图1.由图1可见,两个不同序列的湖口站的水位与星子站水位过程相似,低水时段有1m左右的落差,高水时段几乎相同.湖口水位2003 2012年多年平均值在1月至3月末水位高于1956 2002年多年平均,其余月份均偏低.最高水位明显发生变化,长江汛期7 8月水位降低,最大降低为7月10日图1㊀1956 2002及2003 2012多年平均湖口及星子站水位过程Fig.1㊀ComparisonofaveragedwaterlevelatHukouandXingzibetween1956 2002and2003 20121 52m,水位变化最大的月份为10月,平均水位下降2.2m,最大下降2.77m,对应10月29 30日.4 6月湖口水位平均下降0.83m.枯水期水位略有抬升.湖口水位同长江水位,因此在枯水期略有提升,而由于鄱阳湖湖底地形的变化,星子站枯水期水位下降.2.2㊀流域水文情势变化鄱阳湖年径流量以赣江所占比重最大,占鄱阳湖水系年径流量的45.87%,其次为湖区区间占15 63%.流域水系径流年内分配规律表现为,连续最大4个月径流占全年径流百分比大部份地区在60%以上,最大的饶河上游支流昌江渡峰坑站达71 3%,最小的修水虬津站为54.7%,其它均在60% 70%.序列一1956 2002年与序列2的多年平均的湖口站和五河入湖流量的出流过程见图2和3.图2㊀1956 2002及2003 2012多年平均湖口出湖流量过程及月均过程Fig.2㊀ComparisonofaverageddischargeatHukoubetween1956 2002and2003 2012由图2和3可见,鄱阳湖出入湖水量各月分配发生了变化.鄱阳湖湖口站的枯水期和五河汛期的出湖流量与五河的入湖流量相关性强,长江汛期和退水期,长江对鄱阳湖的作用力加强,出入湖流量有偏差.受气候变化及人为活动的影响,湖口及五河入湖的流量过程均有变化.五河汛期4 5月和8月67215期杜彦良等:近10年流域江湖关系变化作用下鄱阳湖水动力及水质特征模拟图3㊀1956 2002及2003 2012多年平均五河入湖流量过程及月均过程Fig.3㊀Comparisonofaverageddischargeof5Riversbetween1956 2002and2003 2012流量变化稍大,可以认为是一些水利工程影响较大的时间段.其他月份,考虑水文年不确定性,流量的变化不大.采用以上分析的序列的水文变化情况作为模型的输入边界条件,进行分析近10年水动力及水质变化.3㊀模型率定验证(Modelcalibrationandvalidation)3.1㊀基本方程及模型构建鄱阳湖水域宽阔,湖区水体交换频繁掺混均匀,其水平尺度远大于垂向尺度,水动力参数,如水深㊁流速等,在垂直方向上的变化要小于水平方向的变化,其水体的特征指标可用水深的平均值来表示,为研究鄱阳湖的水动力与水质特性,及其演变规律,采用平面二维水动力水质模型,对湖区进行研究.模型采用的基本方程为:∂z∂t+∂∂xi(dUi)=S(1)∂(dUi)∂t+∂∂xjdUiUj()+gd∂z∂xi=∂∂xjνtd∂Ui∂xjæèçöø÷+τsiρ-τbiρ+fi(2)∂C∂t+∂∂xjUjC()=∂∂xjEi∂C∂xjæèçöø÷+Sci+FC()(3)式中,z为水位(m),t为时间(s),i,j=1,2为水平上的两个方向,d为水深(m),U为流速(m㊃s-1),g为重力加速度(m㊃s-2),ν为水体动力粘滞系数(m2㊃s-1),ρ为水体密度(kg㊃m-3),S为水或污染物的源项(kg),τ为水面及水底的切应力(N),f为柯氏作用,C为水质指标的浓度(mg㊃L-1),E为水质指标在水体中的紊动混合系数(m2㊃s-1),F(C)为浓度指标的生化反应项.鄱阳湖在年内水位变幅大,大部分区域干湿交替频繁,在干湿边界的处理上才用动边界的处理方法,考虑到计算网格的干湿交替界面上的水量和动量守恒(Castroetal.,2005),对方程离散的源项作出修正.模型计算网格尺寸250mˑ250m,区域为98kmˑ124.25km的范围(图4),北到湖口,南至金溪湖,西部到蚌湖,东部至昌江㊁饶河的入湖口,同时考虑湖区周边的4个蓄滞洪区.图4㊀鄱阳湖计算区域及地形图Fig.4㊀ComputeddomainandmapofPoyanglake图5㊀鄱阳湖2010年湖口水位及五河控制站点的流量过程Fig.5㊀WaterlevelatHukouanddischargeof5riversin2010鄱阳湖现状水动力水质模型进行率定验证年份为2010年,实测的水文㊁降雨㊁风速㊁风向等资料作为水动力边界输入条件.鄱阳湖2010年湖口水位及五河控制站点的流量过程见图5.模型水质计算采用了鄱阳湖现状污染负荷估算的研究成果,作为水质计算的边界条件输入,负荷量分区分月进入湖区,本文略去其详细的计算过程.采用2010年江西省水文局10月的湖区水动力测验成果进行水动力7721环㊀㊀境㊀㊀科㊀㊀学㊀㊀学㊀㊀报35卷模型的率定及验证,以及2010年省环境监测站和水文局监测水质数据对水质模型进行率定和验证.3.2㊀模型率定验证模型计算鄱阳湖2010年10月10 12日星子站水位14.44 14.02m,呈下降趋势.五河入湖流量合计1454m3㊃s-1,湖口站出湖流量5860m3㊃s-1.实测流速在水深较深的区域,如通江水道分别测量表㊁中㊁底3个不同深度的流速,结果表明表层流速和平均流速的方向基本一致,湖区表层流速大于垂向平均流速.垂向平均流速最大流速0.586m㊃s-1,发生在湖口附近处,通江水道平均流速0.22m㊃s-1.都昌附近的湖区中水面宽广的区域的平均流速0.17m㊃s-1,湖区从康山⁃棠荫⁃都昌段的主槽内流速偏大0.32 0.58m㊃s-1,湖区东部区域水深和流速都不大,平均流速为0.13m㊃s-1.通过比较,计算结果符合实测流场大小分布,方向基本一致,见图6.图6㊀鄱阳湖湖区实测及计算流速分布比较Fig.6㊀Velocitymapofcomputedresultsagainstmeasurements选择湖区星子㊁都昌及康山站的水位过程做对比,结果见图7.分别选取鄱阳湖南部㊁中部及北部的3个站点,作出2010年少流速大小过程线,见图8.枯水期康山及星子站流速大于丰水期.五河汛期初期流速较大,主要是受流域洪水的影响,随着水位的升高,各站流速渐渐变小,秋季受长江水位回落,星子及康山站受湖泊归槽作用影响,流速增大的时间有差异.鄱阳湖区符合鄱阳湖 涨冲落淤 的特性.图7㊀计算鄱阳湖星子㊁都昌㊁康山站2010年水位过程与实测值比较Fig.7㊀ComparisonofcomputedwaterlevelwithmeasurementsatXingzi,DuchangandKangshanin2010图8㊀计算鄱阳湖星子㊁都昌㊁棠荫站2010年流速过程Fig.8㊀ComputedvelocitiesatXingzi,DuchangandTangyinin2010通过与实测资料的对比(图6 8),模型计算的水动力过程可信.耦合水动力过程,输入鄱阳湖流域的入湖污染负荷量,计算鄱阳湖全年的水质变化过程.采用高锰酸盐指数(CODMn)㊁氨氮(NH3⁃N)㊁总氮(TN)㊁总磷(TP)等水质指标进行模型校验和水质环境特性分析.模型起始计算时段自9月,水质计算初始条件采用2009年12月实测水质浓度,边界条件为2010年主要入湖河流污染物负荷,包括:主要入湖河流污染负荷通量,湖区非点源污染负荷,湖区点源污染负荷等.为体现湖区的区域及时间上的水质变化特性,鄱阳湖的入湖污染负荷量分两大部分计算得到,五河流域的入湖负荷量分别由水文控制站点的水量水质数据得到,控制站点以下的湖周边区域划分为26个区域,分别计算得到.周边分区的原则概况为:①重要生态环境目标重点保护原则;②生态系统完整性原则;③区别发展原则;④遵从环境功能分区的原则;⑤可操作性原则.湖区周边区域分区的结果见图9.对26个区域的负荷特性进行分析后进行估算,结果得到各区的月均负荷量表.本文由于篇幅所限,对分区负荷量数值未能展示.分区分月负荷量表为模型的水质计算模块的输入.87215期杜彦良等:近10年流域江湖关系变化作用下鄱阳湖水动力及水质特征模拟图9 鄱阳湖五河控制站以下周边区域面源入湖分区及点位Fig.9㊀ThesubzonesandinletpostionsoftheregionaroundPoyangLake㊀㊀水质模型采用的各水质指标参数,根据大量的野外实测和实验室分析数据得到.各水质指标的降解参数采取江西水文局多组同步水质水流现场野外监测结果,以及综合文献和实验室分析得到.同时在鄱阳湖布设的17个沉积物点位,在不同水期下进行采样.鄱阳湖底泥释放参数由实验室采样进行静水及动水分析得到,用于模型计算.实测和计算鄱阳湖区月均的CODMn和NH3⁃N的浓度,满足II类水和III类水水质标准,基本达到水功能区要求,受文字篇幅所限,本文显示计算鄱阳湖星子及都昌站TN及TP的浓度变化.本文同时采用江西省环境监测站(EMS_JX)江西省水文局(BH_JX)及定点常规监测数据和计算数据进行比较,结果见图10.通过鄱阳湖水质监测数据以及模拟结果(图10)的分析,其规律大致为枯水期水质较差,丰水期水质较好.评价鄱阳湖的4个指标中,CODMn和NH3⁃N浓度较低,全年基本满足各水功能区划的II类和III类水的要求.近3年的监测表明,鄱阳湖TN和TP在某些点位的一些时间段超标.TN和TP是鄱阳湖水质超标的主要指标之一.9721环㊀㊀境㊀㊀科㊀㊀学㊀㊀学㊀㊀报35卷图10㊀计算鄱阳湖星子㊁都昌㊁康山站2010年水质过程与实测值比较Fig.10㊀ComparisonofcomputedwaterqualitywithmeasurementsatXingzi,DuchangandKangshanin2010㊀㊀鄱阳湖枯水期(12 3月),湖区水位低,河道流速较大,水流在湖体滞留时间较短,反映为湖容小㊁自净能力低,湖区水质受入湖负荷影响大,在此期间入湖河流流量小浓度高,湖体整体水质较差.进入五河汛期,入湖流量增大,增加的水量一部分增加湖体体积,另一部分出湖,春季初期洪水期间湖区流速大于枯水期,随着水位抬升,虽然入湖水量增加但湖区流速呈减小趋势,鄱阳湖恢复湖泊的形态及功能.CODMn㊁NH3⁃N㊁TN和TP在3 6月的入湖负荷分别占全年总负荷的57.8%㊁60.2%㊁57.3%和57.6%.该时期内湖区各指标浓度偏高,但是TP受鄱阳湖水位影响较大,浓度下降明显.进入长江汛期08215期杜彦良等:近10年流域江湖关系变化作用下鄱阳湖水动力及水质特征模拟7 8月,鄱阳湖水位较高,CODMn㊁NH3⁃N㊁TN年内的浓度变动,湖区中TP浓度受水期影响明显,而TP是影响鄱阳湖水质的关键指标之一,TP浓度的下降,使湖区水质达标率升高,水质总体评价良好.9 11月,长江水位回落,鄱阳湖逐渐恢复河相水平.12月份后,鄱阳湖再次进入枯水期.湖区水质空间分布和湖区水动力条件关系为,湖区流速较大时,空间分布为南部及东部水质浓度高,湖心区(都昌)和北部出湖区(星子)较小;当湖区流速很小时(7㊁8和9月),南部及东部水质浓度高,北部出湖区(星子)次之,湖心区(都昌)最小.总体来说,鄱阳湖东部和南部水质较差,中部及北部水体水质较好.4㊀江湖关系变化下水环境变化(Impactsonwaterqualityofchangingriver⁃lakeinteraction)4.1㊀湖河相转化节律变化采用1956 2002年以及2003 2012年多年平均的水文日过程作为模型的水文输入边界条件,分析计算鄱阳湖水动力及水质环境发生的变化.由于资料等局限性,模型计算比较两个水文序列下的水动力水质的变化,未考虑该湖底地形的变化.鄱阳湖和湖相的转换时间上发生变化,湖泊的水面面积年内发生较大的变化,尤其是平水期和丰水期.鄱阳湖3 6月份五河进入汛期时,1956 2002年水文情势下,4月21日水面面积增加至1500km2,而近10年水文情势下,5月15日水面才增加为1500km2.统计两种条件下,对应不同的水面面积的天数见表1.表1㊀不同情景下鄱阳湖对应不同水面面积的天数比较Table1㊀Computednumberofdaysrelatedtoseverallakewaterareaintwoserial水文情景鄱阳湖对应不同水面面积的天数/d>1000km2>1500km2>2000km2>2500km2>3000km2>3500km21956 2002年21619316814285322003 2013年17314612491590㊀㊀由表1可见,近10年来鄱阳湖的湖相时间变短,当鄱阳湖湖面面积大于1500km2的天数减少了47d,有一个半月之长.近10年平均湖面面积大于3000km2的天数和1956 2002年情景下,减少了46d.湖区东北河湖相转换的站点棠荫站的流速发生变化,涨水期间其流速受南部赣江南支㊁信江和东部各河流的入湖水量的影响,同时受湖区水位的抬升作用,流速减小,但是流速减小的时间滞后于星子站.近10年水文情景相比1956 2002年情景,棠荫站流速大幅减小的时间推迟21d.进入秋季,受长江水位回落,鄱阳湖由湖相转换为河相,棠荫站流速早于星子站开始增加,近10年水文情景相比1956 2002年情景,棠荫站流速增加的时间提前17d.4.2㊀湖区水质变化由于受江湖关系变化的影响,年内鄱阳湖部分区域的裸露时间变长,根据实验室的采样分析结果表明,当鄱阳湖进入汛期后露出水面的区域重新被水淹没后,根据鄱阳湖室内试验数据,两个序列的底质的氮㊁磷的释放量呈现差别,由于氧化作用2003 2012年序列对比1956 2002年序列的释放量要小.污染负荷条件的输入同现状的污染负荷量,模型考虑内源释放的变化,计算鄱阳湖特征站点的水动力及水质改变.由于采用多年平均的水文日过程,坦化了部分急涨急落的洪水过程,水质变化也趋缓.鄱阳湖区星子㊁都昌和康山站的TN和TP的浓度变化过程见图11.图11㊀不同水文序列条件下鄱阳湖星子、都昌及康山站的TN及TP的变化比较Fig.11㊀ComparisonofTNandTPatXingzi,DuchangandKangshanof1956 2002and2003 20121821环㊀㊀境㊀㊀科㊀㊀学㊀㊀学㊀㊀报35卷从受水文情势变化的影响各站点的水质浓度的比较可以看出,近10年序列(2003 2012年)与1956 2003年序列的水质相比,星子站的TN浓度在枯水期12 2月略有下降,下降幅度最大为4 8%,但在其他月份星子站TN浓度略有升高,尤其是五河汛期和秋季的退水期,五河汛期的上升幅度为10.6%,退水期的上升幅度为12.4%,丰水期上升不明显升幅为2.8%左右.同样,TP浓度在枯水期变化不明显,在丰水期有升高,升高幅度最大的月份为4 5月和10 11月,上升幅度分别为11.7%和13.6%.都昌站TN和TP发生变化,五河汛期3 6月份TN和TP的浓度均有升高.最大上升幅度分别为12.7%和14.2%.在枯水期12月 来年2月,水质浓度略微有些下降.康山站TN和TP受流域来水影响,五河汛期3 6月份TN和TP的浓度均有升高,上升幅度为9.2%和11.3%,9 11月份TN和TP的浓度上升幅度为10.5%和12.7%.两种情景下的各类水的面积的年内变化过程,见图12.从图12可看出,近10年序列(2003 2012)鄱阳湖水面面积在丰水期和平水期均有一定幅度的减小,尤其是10月下旬,和1956 2002年序列相比,面积减小了一半多,提前进入枯水期.水面的面积大幅减小,III类及IV类水的面积均减少,V类及劣V类水的面积有增加.变化较大的季节分别为五图12㊀不同水文序列条件下计算湖区水面及各类水面积的变化比较Fig.12㊀Comparisonofareaofdifferentgradeswaterundertheserialof1956 2002and2003 2012河汛期4 6月㊁秋季退水期9 11月和丰水期7月.丰水期湖面面积的减小,主要是III类水面积变小.近十年来五河汛期和退水期,IV类㊁V类和劣V类水体水质的比例有上升,III类水比例下降.枯水期12月 来年3月水质未有明显变化.鄱阳湖江湖关系变化两个序列水文情景下,10月15日对应的鄱阳湖星子站水位分别为14.65m和12.27m时,星子站水位相差2.38m.从图13可以看出,随着长江水位的回落,五河来水量的减小,鄱图13㊀10月中1956 2002年(a)与2003 2012年(b)情景下TP的分布Fig.13㊀DistributionofTPinthemiddleofOctundertheserialof1956 2002(a)and2003 2012(b)28215期杜彦良等:近10年流域江湖关系变化作用下鄱阳湖水动力及水质特征模拟阳湖区水位从南至北下降,南部的诸多的碟型湖开始出露,和全年相比主湖区的入湖负荷量不大,811月期间,各指标的负荷量占全年的16.9% 20 0%,主湖区水体水质较好.由湖区TP的空间分布可以看出,1956 2002年情景下,10月中旬鄱阳湖呈湖相,水面宽广,湖区大部分水体TP浓度为III类水,只是在局部近湖岸及五河入流处TP浓度偏高,都昌及星子等地城市排放口的污染带影响范围小.近10年情景下,鄱阳湖呈现明显的枯水期形态,西部和南部的碟型湖和主湖区分离.在湖区周边城镇附近水域TP浓度升高明显,尤其是在莲湖㊁棠荫㊁都昌㊁星子及下游入江水道部分,情景一条件下III类水区域均变为IV类及V类水体,且面积变大.经分析显示,由于江湖关系变化,鄱阳湖8 10月提前进入枯水期后,湖区各水质指标浓度都均呈上升趋势.局部区域水质类别发生改变,威胁敏感水域的水功能达标.此时碟型湖的出露和湖区的水体的水力联系中断,局部区域的碟型湖水体水质浓度升高,尤其是南矶山附近.因此,江湖关系变化后,秋季鄱阳湖区水位下降加速,导致碟型湖提前出露,使部分碟型湖富营养化风险加剧.鄱阳湖水文情势主要受控时间段分为3段,春季五河汛期为流域主导作用期,夏秋季长江汛期为长江主导作用期,枯水期受流域㊁长江及鄱阳湖湖盆地形同时作用.未来流域春季的水量大情景下,会使鄱阳湖提前进入丰水期,湖区水质有所改善,反之湖区水质略有下降.长江汛期时,长江水位和流量的增大,湖区丰水期延长,对水质有一定改善作用.研究对不同的发展模式下的不同入湖污染负荷情景对湖区水质的影响也做了计算,受篇幅所限,未在本文中显示,结果表明,污染负荷量的增加对水质的恶化有直接关系.5㊀结论(Conclusions)1)鄱阳湖江湖关系不仅体现在长序列年均水文特征值的变化,更表现在以年为周期的湖泊的丰枯交替过程的改变.本研究以多年平均的日均过程作为研究对象,分析鄱阳湖出入湖径流,水位及湖区内站点的特征性水文指标的变化,通过构建鄱阳湖的二维水动力水质耦合模型,细化江湖关系的改变对水动力及水质的影响.通过数据分析,确立1956 2002年(情景一)和2003 2012年多年平均过程的两个情景进行比较分析,定量变化的程度及范围.2)鄱阳湖近10年来,湖区水位过程发生变化,最高水位降低,星子站水位大于15m的天数减小,最低水位值未有明显变化,但星子站水位低于13.0m的天数增加,在五河汛期和秋季的退水期都有体现,春季湖区水位抬升滞后1956 2002年情景约13d,秋季鄱阳湖提前进入枯水期,提前天数平均达21d之久.3)鄱阳湖水质环境变化受多因素影响,本文通过数值模型手段,重点分析水文情势变化对湖区水环境影响.在入湖污染负荷量不发生改变的情况下,鄱阳湖水体水质受水动力变化的影响.与1956 2002年的水位序列相比,鄱阳湖流域春汛期受入湖河流上游水库的调节影响,4 6月入湖量略有减小,湖区水位抬升较慢,但湖内的流动较快,换水周期快,但是通过湖泊自净作用的时间周期也变短.通过模型模拟,近10年情景下五河汛期及秋季退水期水质变差趋势明显.TN浓度在这两个时间段内分别上升10.6%和12.4%,TP浓度在两期间内分别升高11.7%和13.6%.尤其鄱阳湖秋季提前进入枯水期时间段,在湖区周边城镇附近水域水质指标浓度升高显著,例如莲湖㊁棠荫㊁都昌㊁星子附近湖区,以及入江水道部分区域,污染带形成明显,不少区域的III类水区域变为IV类及V类水体,IV类及V类水体面积增大,威胁敏感水域的水功能达标.在五河汛期的时段内有类似的结果.鄱阳湖江湖关系的变化在特定时间段内,导致湖区水质浓度的升高.4)鄱阳湖未来水文情势变化受流域㊁长江及鄱阳湖地形等的影响,湖区水质的改善是个系统性工程,考虑江湖关系变化会对水质产生影响的同时也必须加强入湖污染控制.责任作者简介:杜彦良,女,博士,中国水利水电科学研究院高级工程师.专业方向为环境水力学,长期从事水环境数值模拟的研究工作.参考文献(References):CastroMJ,FerreiroAM,Garcfa⁃RodriguezJA,etal.2005.TheNumericalTreatmentofWet/DryFrontsinShallowFlows:ApplicationtoOne⁃LayerandTwo⁃LayerSystems[J].MathematicalandComputerModelling,42:419⁃439陈巍.2010.鄱阳湖水环境承载力及污染管理机制研究[D].南昌:南昌大学DaiZJ,DuJZ,LiJF,etal.2008.RunoffcharacteristicsoftheChangjiangRiverduring2006:Effectofextremedroughtandthe3821。

长江中游通江湖泊江湖关系演变及环境生态效应与调控

长江中游通江湖泊江湖关系演变及环境生态效应与调控

长江中游通江湖泊江湖关系演变及环境生态效应与调控长江中游通江湖泊江湖关系演化及环境生态效应与调控首席迷信家:杨桂山中国迷信院南京天文与湖泊研讨所起止年限:2021.1-2021.8依托部门:中国迷信院水利部一、关键迷信效果及研讨内容〔一〕拟处置的关键迷信效果及其外延长江中游通江湖泊江湖水沙交流进程与通质变化是江湖、尤其是湖泊演化的控制要素之一,长江中下游严重水利工程树立运转经过改动坝下河道水文情势和河床形状而对江湖水沙交流关系发生庞大影响。

深化提醒江湖关系演化进程及严重水利工程影响机理,说明严重水利工程影响下江湖关系变化的湖泊水文、水环境和水生态效应,提出江湖两利的江湖关系优化调控的方法与对策是本项研讨的三个关键环节。

据此,本项研讨需求处置的关键迷信效果包括:〔1〕长江中游通江湖泊江湖关系演化进程及严重水利工程影响机理;〔2〕湖泊水文、水环境和水生态对江湖关系改动的照应机制;〔3〕江湖关系安康评价与优化调控的原理和方法。

1、长江中游通江湖泊江湖关系演化进程及严重水利工程影响机理长江中游通江湖泊江湖关系中心是长江和湖泊之间的水沙交流,包括交流进程与通量,这种水沙交流与长江支流和湖泊水沙输移、河床和湖盆地形演化等要素构成互馈影响关系。

河湖整治和应用等严重水利工程树立、气候动摇惹起的下游来水来沙质变化等,都将对江湖水沙进程和通量发生庞大影响。

严重水利工程的树立运转,作为剧烈的人类活动之一,其对水文系统的影响及互馈机制是以后国际水文学研讨热点和开展趋向,与气候动摇性和突变性影响不同,严重水利工程影响具有趋向性和突变性的特点,其与河湖水文系统的互馈影响机理也十分复杂。

本迷信效果的主要外延包括:通江湖泊江湖水沙交流进程与通量的年际变化及年内散布;不同时期江湖关系变化的主要影响要素;长江、鄱阳湖和洞庭湖水沙运动的动力学机制;严重水利工程不同运转方案下泄水沙在江湖水系中的传达与衰减规律;江湖水沙进程与河床、湖盆演化的互馈影响机理;严重水利工程影响下江湖水沙交流进程和通质变化趋向等。

长江中游通江湖泊江湖关系研究进展

长江中游通江湖泊江湖关系研究进展
t e ma t i e a l l y r e v i e we d f r o m t h e p o i n t o f v i e w o f t h e c o n c e p t a n d c o n n o t a t i o n o f i r v e r — l ke a i n t e r a c t i o n,t h e e v o l u t i o n p oc r e s s ,t h e i n l f u —
l a k e s ,L a k e Do n ti g n g nd a L a k e P a y a n g,h a v e a f f e c t e d r e g i o n a l lo f o d d i s a s t e r c o n t r o l ,wa t e r r e s o u r c e s a n d wa t e r e n v i r o n me n t a l p r o —
S c i e n c e s ,N a n j i n g 2 1 0 0 0 8 , P . R. C h i n a )
Ab s t r a c t : T h e c o mp l i c a t e d c h a n g i n g wa t e r — s e d i me n t e x c h a n g e r e l a t i o n s h i p b e t we e n t he Ya ng t z e Ri v e r a n d i t s n a t u r a l l y c o n n e c t e d
t e c t i o n a n d ma i n t e n nc a e o f w a t e r e c o l o i g c l a s e c u i r t y , w h i c h h s a b e c o me t h e c o r e o f w a t e r p r o b l e m s i n t h e mi d d l e ea r c h e s o f t h e

长江中下游江湖水交换规律研究

长江中下游江湖水交换规律研究

3、科技发展
在明代,科技的发展也开始助力应对气候变化。当时,政府重视农业技术的 研发,推广耐旱、耐涝作物的种植,提高了农作物的适应性和产量。此外,水利 技术的发展也起到了关键作用,有助于减少极端气候事件对农业的冲击。
五、结论
本次演示通过对明代长江中下游地区气候变化的研究,探讨了气候变化对当 时社会和环境的影响。为了应对这种变化,政府、民间组织和科技发展都做出了 努力。虽然这些措施取得了一定的成效,但在极端气候事件的背景下,仍显得不 够完善。
内容展开
1、河道与湖泊长江中下游地区的河道和湖泊形态多样,水文特征各异。长 江干流从上游到下游依次为上游段、中游段和下游段,各段水文特征差异明显。 其中,中游段地形复杂,洪水季节易出现洪涝灾害;下游段地势平坦,水文受人 类活动影响较大。这些特征对于江湖水交换产生重要影响。此外,该地区的湖泊 众多,如洞庭湖、鄱阳湖和巢湖等,它们在水交换过程中扮演着重要角色。
在过去的几年里,考古学家们对长江中下游地区的早期矿冶遗址进行了系统 的调查和发掘。这些工作揭示了从商周到春秋战国时期,该地区的矿冶业的迅速 发展。发现的遗址数量众多,规模各异,分布广泛,时间跨度大,表明长江中下 游地区是中国早期矿冶业的重要发源地和繁荣地。
当时的矿冶技术处于世界领先水平。通过考古发掘,我们发现当时的矿工已 经掌握了高超的采矿技术和冶炼技艺。矿石的采掘、粉碎、焙烧、熔炼等一系列 工序都已具备,并且出现了多种新型的采矿方法和冶炼设备。此外,还发现了一 些具有较高科技含量的遗物,如铁陨石、陨铁石等,表明当时的矿冶技术已经达 到了相当高的水平。
3、农业
气候变化对农业的影响尤为显著。在明代长江中下游地区,由于气温和降水 的变化,农作物的生长周期和需水量发生了相应的改变。为了应对这种变化,农 民采取了多种农业措施,如调整种植结构、加强水利建设等。然而,在极端气候 事件的背景下,这些措施往往显得捉襟见肘,对农业生产和粮的气候 变化

水电站必备——长江流域水文状况

水电站必备——长江流域水文状况

河流的水文特征包括水量大小,汛期及水量季节变化,含沙量,流速, 结冰期.外流河的水文特征一般包括河流的水位、流量、汛期、含沙量有无结冰期等方面,影响河流水文特征的因素主要是气候因素,对应如下:外流河水交特征原因水位、流量大小及其季节变化由降水决定的。

夏季降水丰沛,河流流量大增,水位上升,冬季降水秒,河流水量减少,水位下降。

降水的季节变化大,河流流量季节变化也大,汛期长短雨季开始早结束晚,河流汛期长。

雨季开始晚,结束早,河流汛期短。

含沙量大小由植被覆盖情况和土质状况决定的。

植被覆盖差,土质疏松,河流含沙量大。

反之,含沙量小。

有无结冰期由流域内最低气温决定的。

月均温在0℃以下河流结冰,0℃以上无结冰期河水流速大小由地形决定,落差大流速大、地形平坦、水流缓慢水文状况答题如下:1:汛期变化---落实在气候里的降水;2:含沙量多少----沿途植被状况3:有无封冻期---落实在气候的气温;4:有无凌汛---落实在气温与河流流向上水力资源答题:1落差问题----落实在地形上;2水量问题----落实是降水多少上航运问题:1水流要稳----地形;2水量要大---降水;3水位变化要小---雨季长短问题筑港问题:侵岸堆岸问题---地转偏向力;深度问题----等深线的密集程度长江中游水系系指长江宜昌至湖口间的河湖水系,包括长江中游干流、洞庭湖、汉江、鄱阳湖水系和其他分布两岸的湖群以及直接汇入长江的一些支流。

区间流域面积约68万km2。

下荆江裁弯后干流河段长955km。

流域内除各支流上游为山丘区外,平原区面积占较大比重,因此是防洪重点地区。

每年春季南方暖湿气流逐渐向北输送,区域南部4月甚至更早就开始进入汛期;6~7月梅雨雨区广阔,雨量集中;7~8月上游洪水频发,中游干流汇集上游及中游各支流来水,常在这一时期出现年最高水位,成为长江中游干流的主汛期;10月以后,汛期基本结束。

长江中游的年径流和洪水径流主要来自长江上游,其余主要来自洞庭湖、汉江、鄱阳湖三大支流水系。

(完整word版)长江流域的几个主要水环境问题与对策研究(一)

(完整word版)长江流域的几个主要水环境问题与对策研究(一)

长江流域的几个主要水环境问题与对策研究(一)摘要:该文简略叙述了长江流域的自然环境概况和几个主要的水环境问题,就长江流域的水污染、湖库富营养化、水土流失以及三峡工程对水环境的影响等问题进行了客观的分析,提出了改善长江流域水环境,提高长江水资源质量的对策和工程措施与非工程措施.关键词:长江流域水环境对策一、流域概况长江流域地处我国中南部。

干流经青海、西藏、四川、云南、重庆、湖北、湖南、江西、安徽、江苏和上海十一省(市、自治区),注入东海,全长6300余km。

支流伸展到甘肃、贵州、陕西、河南、广西、广东,福建、浙江八省区。

流域面积约占全国总面积的五分之一。

流域内湖泊众多,总面积2.2万,占流域面积的1。

2%。

长江水量巨大,多年平均径流量9560亿m3,地下水资源2463亿m3,约占全国径流总量的35%,人均水量2460m3.尽管长江水量大,但水资源地区分布不均,单位面积年径流量鄱阳湖洞庭湖水系最大,金沙江、汉江水系及长江三角洲平原最小。

水资源年内分配也极不均匀,汛期水量占全年水量的70-75%,最大最小月平均流量可相差12—20倍。

长江水资源总量约1万亿m3,是我国最重要的水资源,它不仅是本流域可持续发展的保障,同时担负着通过南水北调缓解北方缺水问题的重任。

然而,随着上海浦东开发与三峡工程的兴建,流域人口增加,经济发展,城市化进程加快,在诸多自然和人为因素影响下,水文条件、资源与环境特征不断发生变化,产生了种种水环境问题,如水污染,洪涝灾害,泥沙淤积,水土流失,地下水污染及咸水入侵等。

因此,客观评价流域主要的水环境问题,分析其原因,提出相应的对策措施,对于流域的社会经济发展及水资源合理开发利用与保护具有重要的意义。

二、几个主要水环境问题1、水污染问题长江流域的天然水质良好,是工农业生产和人民生活用水的良好水源,也是水生生物生长繁殖的理想生境.近年来,随着工农业生产和城镇建设的迅速发展,流域水污染,特别是中下游地区的水污染,已成为长江水环境的严重问题.据1996年度长江干流和26条支流及三个湖泊出口共82个代表河段,总河长1017km的全年水质进行评价,结果表明,枯水期Ⅱ类水河长占总评价河长28。

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长江中下游江湖水交换规律研究【摘要】:河湖关系的研究是当今社会和科学界普遍关注与研究的热点问题之一。

科学地认识、正确地处理河湖关系,是维护健康河流、构建和谐人水关系以及人地关系的重点和关键。

河湖水沙交换问题是河湖关系的核心问题,是河湖关系演变的纽带。

河湖水沙变化和交换是河湖关系演变的驱动力之一。

而河湖水交换则是水沙交换的核心和载体,水多则沙多,无水则无沙,因此,河湖水交换问题的研究是澄清河湖水沙交换问题乃至河湖关系的前提和基础。

我国长江中下游的洞庭湖和鄱阳湖与长江干流河湖关系问题成为当前正确处理长江中下游人水关系乃至人地关系的焦点问题。

自2005年4月首届长江论坛在武汉成功举办以来,《保护与发展长江宣言》得到社会各界的热烈响应,“维护健康长江、促进入水和谐”的新时期治江思路正在积极实践。

毫无疑问,三峡工程建成后,在防洪、错峰等方面成效显著,尤其是2010年汛期三峡成功经历了接近1998年洪峰流量的考验、能有效控制长江上游的洪水,大量减少荆江、洞庭湖的洪水威胁。

当前,需要改变治水理念,探索湖区人水和谐相处的可能途径,处理好长江中下游江湖关系,使长江中下游江湖水系肌体的调蓄功能得以充分发挥,维护健康长江、健康湖泊和健康河口。

本论文运用普通水文学、工程水文学、随机水文学和水资源科学等的基本理论,采用多种时间序列统计分析方法、Mann-Kendall趋势和突变检验法、小波分析(Waveletanalysis)法,等定性与定量分析相结合,借助计算机技术,统计分析软件SPSS,科学计算软件Matlab等,利用ArcGIS、MapINFO和CoreIDRAWX3等地理信息系统软件和做图软件,在对长江中下游通江湖泊与干流水交换分析的基础上,得到洞庭湖和鄱阳湖与长江水交换的规律,推导出普适性的河湖水交换强度的量化公式,并在洞庭湖和鄱阳湖与长江干流水交换研究上取得成功,论文重点分析了三峡水库运行前后长江干流与两湖的水交换及其变化,并分析了特殊水文年份江湖水交换过程,以期探讨江湖水交换理论、以及合理开发利用水资源、并为维护长江中下游健康的江湖关系乃至健康的河口提供科学参考与建议。

一、三峡水库对长江干流径流变化影响三峡水库运行以后,长江干流枯季径流年内所占比例增大,汛期末端月10月径流所占比例却减少,且宜昌站表现最突出。

说明三峡水库运行后长江干流径流特征发生了变化,三峡水库运行加剧了长江中下游汛期径流减少的趋势,加大了枯季径流增加的趋势;并且,2002年干流径流序列存在跳跃点与2003年三峡水库蓄水有关。

可见,三峡水库运行改变了坝下游径流的年内分配,使年内分配差值减小。

二、三峡水库运行前后江湖水交换规律1洞庭湖与长江干流水交换。

三峡水库运行之后2003-2009年与1998-2002年相比三口分流量之和减小了220×10~8m~3。

2003-2009年9-10月份三口流量之和比蓄水前减少了870m~3/s,减少幅度为38.9%。

2003-2009年宜昌站流量50000m~3/s和30000m~3/s时,三口分流比较1998-2002年略增;10000m~3/s时,三口分流比较1998-2002年减少。

2003-2009年与以前时段相比,城陵矶(七)站出湖流量在宜昌站高流量时受干流顶托作用更明显,在中、低流量时,与2000-2002年相比城陵矶流量变化不大。

2鄱阳湖与长江干流水交换规律。

湖口站多年平均径流量在三峡水库运行前后变化不明显。

可是径流的年内分配在2000s与以前相比枯季所占比例增加,水库蓄水月9和10月份径流年内分配比例较1990s有所增加。

2010年9月和10月湖口径流量增加,是由于长江干流流量小、水位低,对湖口顶托作用减少而引起的。

2010年鄱阳湖与长江干流水交换系数I_p=0.21,且该年长江干流没有发生江水倒灌现象,长江对鄱阳湖顶托作用小,同样说明了这一点。

长江水倒灌鄱阳湖现象,年代际间倒灌规律发生了变化,2000s与同样枯水年组1980s和1960s相比,江水倒灌年数、总天数和总水量都减少。

三、不同径流频率条件下江湖水交换计算成果1利用水量平衡原理计算了不同频率组合下长江干流与洞庭湖水交换量。

当长江干流径流频率为5%的丰水年,恰遇四水也是5%的丰水年时,则洞庭湖可以分洪658×10~8m~3,同年补给长江干流水量为3191×10~8m~3;三口和四水都是50%的平水年时,洞庭湖分长江干流水量为545×10~8m~3,同年补给长江干流2403×10~8m~3水量;当三口和四水都是95%的特大干旱年时,洞庭湖只能补给长江1873×10~8m~3的水量。

2利用水量平衡原理计算了不同条件下长江干流与鄱阳湖水交换量。

频率为5%、50%、75%和95%时,湖口年径流量分别为2300×10~8m~3、1440×10~8m~3、1175×10~8m~3和930×10~8m~3。

四、特殊水文年份江湖水交换过程1典型枯水年江湖水交换(1)1978年洞庭湖和鄱阳湖与长江干流水交换系数分别为0.57和0.56,洞庭湖和鄱阳湖与长江水交换作用处于稳定状态,该年发生了长江水倒灌入鄱阳湖的现象。

2006年洞庭湖和鄱阳湖与长江干流水交换系数分别为0.89和0.51,前者是湖对长江强补给状态,后者是江湖作用接近稳定状态。

(2)2006年三峡水库运行使长江中下游干流径流全年分配趋于均匀。

特别是增大了枯季径流量,使河槽水位上升,影响了江湖水交换的过程,使长江下游出现枯季不枯的好现象。

(3)1978年和2006年都是长江流域典型枯水年,中游通江湖泊对干流补水作用更明显,尤其是2006年鄱阳湖干流补给水量为1564×10~8m~3,超过了平水年。

2典型丰水年江湖水交换(1)1954年洞庭湖和鄱阳湖与长江干流水交换系数分别为0.35和0.34,洞庭湖和鄱阳湖与干流水交换作用较强,发挥了湖泊的分洪调蓄作用。

1998年洞庭湖和鄱阳湖与长江水交换系数分别为0.46和0.39,洞庭湖与干流水交换强度接近多年平均水平,主要作用是分洪,但没有1954年分洪作用大;鄱阳湖对长江的分洪作用较强,但也没有1954年分洪作用大。

(2)洞庭湖和鄱阳湖1954年补给长江水量为分别为5248x10~8m~3和2481×10~8m~3,分别约占同期大通径流量的38.6%和19.0%;1998年补给长江水量分别为3994x10~8m~3和2650×10~8m~3,分别约占同期大通径流量的32.1%和21.3%。

3无论丰水年还是枯水年洞庭湖和鄱阳湖对长江的调蓄作用都是非常重要的。

丰水年,两湖对长江干流起到分洪、消峰等作用,减轻下游洪水压力;枯水年,两湖对长江干流主要是水量补充作用,使得下游河道保持一定的流量。

五、江湖水交换量化研究成果用河湖水交换系数来表示河湖水交换强度,并推导出了普适性的河湖水交换系数的量化计算公式((?)),在洞庭湖、鄱阳湖与长江干流水交换研究中推导出其江湖水交换系数计算公式((?)和((?)),并取得成功。

两湖与长江干流水交换量化研究结果表明,历年的江湖水交换系数能够反映两湖与长江干流水交换的真实情况。

此公式具有应用价值。

【关键词】:江湖水交换三峡水库径流调节规律长江【学位授予单位】:华东师范大学【学位级别】:博士【学位授予年份】:2011【分类号】:P333【目录】:摘要7-11ABSTRACT11-22第一章绪论22-521.1研究意义22-231.2江湖水沙交换研究进展23-441.2.1江湖水沙特性及交换研究23-411.2.1.1湖泊调蓄作用23-241.2.1.2河湖洪旱灾害24-261.2.1.3江湖水沙交换效应26-291.2.1.4江湖水沙交换作用29-321.2.1.5江湖水沙变化特点32-331.2.1.6江湖水沙变化驱动力研究33-361.2.1.7江湖关系演变机理36-381.2.1.8生态环境影响38-391.2.1.9江湖关系内涵39-411.2.2三峡工程对长江中下游影响研究41-441.2.2.1对中下游防洪态势影响41-421.2.2.2对中下游水沙变化及河床冲淤演变影响42-431.2.2.3对中下游江湖水沙交换及冲淤变化影响43-441.2.2.4对中下游生态环境影响441.3主要研究方法44-461.3.1传统水文学方法44-451.3.2模型方法451.3.3其它方法45-461.4问题与展望46-471.5研究区域和主要工作47-521.5.1研究区域自然地理概况47-481.5.2本文的主要工作48-501.5.3资料整理情况50-521.5.3.1资料来源50-511.5.3.2资料收集51-52第二章长江中下游径流特征52-962.1长江中下游干流径流基本特征522.2长江中下游径流变化特征52-882.2.1长江径流资料统计及整理方法53-552.2.2径流年际变化55-832.2.2.1径流年际变化的特征值55-562.2.2.2径流的轮次分析56-572.2.2.3径流年持续性分析57-582.2.2.4径流的趋势性分析58-612.2.2.5跳跃点分析61-682.2.2.6径流的周期分析68-812.2.2.7年际径流变化的阶段性81-832.2.3径流的年内变化分析83-872.2.3.1分析方法83-852.2.3.2计算结果分析85-872.2.4径流变化原因分析87-882.4三峡水库运行对中下游干流径流变化的影响88-942.4.1三峡水库及其运行情况88-892.4.2三峡水库运行对径流变化的影响89-942.4.2.1三峡水库运行前后宜昌水文站径流变化分析89-902.4.2.2三峡水库上下游径流变化分析90-922.4.2.3本节小结92-942.5本章小结94-96第三章洞庭湖与长江干流水交换规律96-1363.1洞庭湖及其水系概况96-993.2洞庭湖水系径流基本特征99-1043.2.1四水水系径流特征99-1013.2.2四(三)口水系径流特征101-1043.3三口分流规律104-1153.3.1三口分流量变化规律104-1063.3.2三口分流量与荆江水位、流量的关系106-1153.3.2.1新江口站水位、流量模拟106-1083.3.2.2沙道观站水位、流量模拟108-1103.3.2.3弥陀寺站水位、流量模拟110-1123.3.2.4康家岗站水位、流量模拟112-1133.3.2.5管家铺站水位、流量模拟113-1153.4洞庭湖出湖径流分析115-1233.4.1城陵矶(七里山)出湖径流分析116-1183.4.2城陵矶(七)水位与湖内、荆江和螺山站水位关系118-1233.4.2.1城陵矶(七)水位影响因素分析118-1193.4.2.2城陵矶(七)水位与湖内、荆江和螺山站水位关系119-1233.5洞庭湖与长江干流水交换规律123-1283.5.1荆江三口不同频率年径流量计算123-1243.5.2四水不同频率年径流量计算1243.5.3洞庭湖与长江干流水交换规律124-1283.5.3.1洞庭湖水量平衡方程126-1283.5.3.2不同径流频率洞庭湖与长江水交换规律1283.6洞庭湖与长江水交换强度量化研究128-1313.6.1河湖水交换作用分析方法129-1303.6.2洞庭湖与长江干流水交换作用1303.6.3洞庭湖与长江干流水交换系数计算结果分析130-1313.7三峡水库运行前后洞庭湖与长江干流水交换分析131-1343.7.1三峡水库运行前后洞庭湖与长江干流水交换分析131-1323.7.2三峡水库对江湖水交换影响分析132-1343.8本章小结134-136第四章鄱阳湖与长江干流水交换规律136-1774.1鄱阳湖及其水系概况136-1404.1.1鄱阳湖概况136-1384.1.2鄱阳湖水系概况138-1404.2鄱阳湖水系径流基本特征140-1464.2.1五河径流年际变化140-1444.2.1.1径流年际变化特征140-1434.2.1.2径流的年际变化特征143-1444.2.2五河径流年内分配144-1464.3鄱阳湖水位变化特征146-1484.3.1年际变化1464.3.2年内变化146-1484.4影响鄱阳湖水位变化主要因素分析148-1514.4.1鄱阳湖水位与五河径流量的相关性148-1504.4.1.1鄱阳湖四站水位与五河径流量观测值统计关系148-1494.4.1.2鄱阳湖四站水位与五河径流量相关性分析149-1504.4.2鄱阳湖水位与长江干流水位的相关性150-1514.5鄱阳湖内湖与外湖水位关系151-1544.6湖口站水位的影响因素分析154-1584.6.1五河六站径流对湖口水位的影响1544.6.2湖内水位对湖口水位的影响154-1554.6.3长江干流水位对湖口水位的影响1554.6.4湖口水位与流量的关系155-1584.6.5湖口站水位模型1584.7湖口径流量变化规律158-1674.7.1湖口径流年际变化趋势性158-1594.7.2湖口径流年际变化规律1594.7.3湖口径流年内分配规律159-1604.7.4影响湖口流量变化因素分析160-1634.7.5湖口江水倒灌鄱阳湖现象及规律163-1674.7.5.1长江水倒灌入湖是鄱阳湖调蓄洪水功能重要体现1634.7.5.2长江水倒灌鄱阳湖基本事实163-1644.7.5.3长江水倒灌鄱阳湖规律164-1674.8鄱阳湖与长江水交换规律167-1694.8.1鄱阳湖水量平衡方程167-1684.8.2鄱阳湖流域不同径流频率对长江干流补水规律168-1694.9鄱阳湖与长江水交换强度的量化研究169-1714.9.1鄱阳湖与长江水交换系数公式推导169-1704.9.2鄱阳湖与长江水交换系数计算结果分析170-1714.10三峡水库运行前后鄱阳湖与长江水交换分析171-1754.10.1水交换规律171-1734.10.2三峡水库对江湖水交换影响分析173-1754.11本章小结175-177第五章特殊水文年份江湖水交换过程177-1975.1长江干流径流特殊水文年份177-1785.2典型枯水年江湖水交换过程178-1895.2.1典型枯水年径流特征178-1815.2.1.11978年和2006年典型枯水年178-1805.2.1.2枯水年长江干流径流特征180-1815.2.2枯水年出湖流量特征181-1825.2.3枯水年枯季湖泊对长江干流水量补充作用182-1845.2.4特枯年”胁迫效应”1845.2.5典型枯水年江湖水交换量化分析184-1855.2.6三峡水库运行前后枯水年江湖水交换作用对比分析185-1875.2.6.1江湖水交换强度1865.2.6.2江湖水交换量186-1875.2.7原因分析187-1895.2.7.1自然因素187-1885.2.7.2人类活动的影响188-1895.3典型丰水年江湖水交换过程189-1955.3.1典型丰水年径流特征189-1915.3.1.11954年和1998年典型丰水年189-1905.3.1.2典型丰水年长江干流径流特征190-1915.3.2丰水年出湖流量特征191-1925.3.3典型丰水年湖泊对干流水量补充作用192-1945.3.4典型丰水年江湖水交换作用量化分析1945.3.5典型丰水年江湖水交换作用对比分析194-1955.3.5.1江湖水交换强度1945.3.5.2江湖水交换量194-1955.4本章小结195-197第六章洞庭湖、鄱阳湖与长江干流水换规律比较197-2046.1洞庭湖、鄱阳湖入湖径流比较197-1986.1.1两湖入湖水系组成不同1976.1.2两湖对干流的主补水期不同197-1986.2洞庭湖、鄱阳湖与长江干流水交换规律的异同198-2006.2.1相同点198-1996.2.2不同点199-2006.3理论上不同模式下两湖对长江干流补水量2006.4本章小结200-204第七章结论与建议204-209参考文献209-222附录222-223后记223 本论文购买请联系页眉网站。

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