理论教育 鄱阳湖水量不平衡原因分析及研究成果

鄱阳湖水量不平衡原因分析及研究成果

时间:2023-08-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:根据鄱阳湖区的具体情况,水资源量不平衡的原因主要从溃圩、水文控制站测验与整编方面存在的问题以及人类活动造成的影响等方面进行分析。据推算,由于决堤影响未通过丁家渡测流断面而直接进入湖区的水量约为89.2亿m3。洪水后经调查,估算漏水洪量约有2.5亿m3。据水利部水文局和长江委水文局估算,圩垸分蓄水量80亿m3,未通过水文控制断面的水量难于估算。

鄱阳湖水量不平衡原因分析及研究成果

根据鄱阳湖区的具体情况,水资源量不平衡的原因主要从溃圩、水文控制站测验与整编方面存在的问题以及人类活动造成的影响等方面进行分析。

1.破圩的影响

鄱阳湖中下游地势低平,主要靠圩堤保护,但圩堤较为低矮单薄。根据1996年资料统计,鄱阳湖区5万亩以上圩堤的防洪能力只能抵御6年一遇~10年一遇洪水,小规模圩堤的防洪能力就更差了,“大水大溃,小水小溃”,破圩的现象非常频繁。由于入湖河流众多,加大了溃圩的机会,加剧了对水量的影响。溃圩之后分两种情况:一种是圩堤破口只有一处,在水位未超过圩堤高度时,圩区起到临时蓄洪的作用,洪水退后水量还会回吐江湖,这种情况主要是影响了下游控制站径流洪水的时程分配和上下游控制站水位—流量关系,对水量的影响主要是圩区内陆面转化为水面时损耗了部分水量,以及增加了蒸发量;另一种情况是圩堤破口不只一处,水流会被复杂的水网引走,或者水位高过了圩堤,河湖圩垸一片汪洋,会直接影响下游水文站断面的流量测验,由于无法控制全部上游来水,所测流量偏小。

1954年,鄱阳湖区五河尾闾区及湖区周围圩垸大部分溃决,淹没耕地1620km2,受灾人口171万,分洪量80亿m3,未通过水文控制断面的水量难于估算。

1962年6月,赣江下游发生大洪水,两岸圩堤多处溃决,丁家渡水文站以上决口的圩堤有张家渡、中洲圩、龙溪闸、晏公堤、万石圩、万家洲、章溪、官港和西河大堤。据推算,由于决堤影响未通过丁家渡测流断面而直接进入湖区的水量约为89.2亿m3

1973年6月下旬,潦水出现特大洪水,万家埠站断面上游溃堤多处,分流跑水流量没有实测,后经调查估算,这次跑水总量约占这次洪水总量的5%左右。

1975年8月中旬,潦水出现年最大洪水,万家埠站测流断面上游左岸有两处溃堤,跑漏水流量未予实测。洪水后经调查,估算漏水洪量约有2.5亿m3

1977年6月13—16日,潦水上游发生特大暴雨,万家埠站发生建站以来最高水位,测流断面上游溃堤四处,当时未能实测跑水流量,后估算缺口最大流量约3300m3/s,泄水总量约3.2亿m3

1982年6月18日,抚河李家渡站上游唱凯圩溃口,赣江石上站以上3km左岸万石圩决口。本年流量整编时未考虑溃口和分洪水量。

1998年,鄱阳湖区有200多个千亩以上的圩垸溃决,江西省淹没面积达1665km2,且绝大部分发生在鄱阳湖区。据水利部水文局和长江委水文局估算,圩垸分蓄水量80亿m3,未通过水文控制断面的水量难于估算。

以上只列举了部分年份的破圩情况,实际上由于湖区圩垸太多,破圩频繁,跑水现象经常发生,不经过大规模的调查,许多年份的漏失水量准确计算的难度较大。

2.水位观测的影响

从湖口站和“五河七口”8个水文站水位观测的情况看,基本上是符合水文观测规范要求的,但也存在人为和仪器原因造成的水位资料观测不准的现象。

1986年虬津站基本水尺设在左岸,在水位较低时为死水区,上下不流通。1月、8月水位资料中,凡水位低于17.55m时,记录都没有代表性。这时的水位资料是采用后来在主流中测流时观测的水位与死水区中的水位建立相关关系进行改正。由于相关点数据规律性差,用其推算的水位有误差,对低水流量资料精度有一定影响。

3.水文控制断面漫滩影响

汛期,若水位猛涨,洪水就可能漫出河槽泛滥两岸。1954—1998年湖口水文站和“五河七口”控制站测流河段都不同程度地存在着这种现象。如20世纪50年代,昌江浮梁站测流断面高水位时右岸漫溢约300.00m左右,乐安河虎山站断面水位27.00m以上右岸漫溢约270m,修水三硔滩站断面水位33.40m以上左岸漫溢约30m,水位36.00m以上右岸漫溢宽约100m,信江梅港站水位24.80m时漫溢1000m左右,潦水万家埠水文站高水时更是两岸漫溢。湖口水文站断面右岸为山,左岸为梅家洲,高水位时也会漫溢。漫滩的现象到修筑圩堤以后才有所改善。如梅港站1968年、湖口站1964年修圩之后漫滩现象减少。

由于两岸滩地一般有农作物、水草或芦苇生长,为测流增加了困难。测流断面滩地上植被的繁茂程度会影响过水面积和糙率,并进而影响水位—流量关系。植被繁茂,则过水面积减小、糙率加大,从而使水位—流量关系逐渐左移;植被枯萎,则过水面积增大、糙率减小,从而使水位—流量关系逐渐右移。植被的枯荣年内年际都不同,所以漫滩的年份和月份不同,滩地的水位—流量关系会有差别。从1954—1998年整编的情况看,实测的年份不多,多是估算。这种现象在浮梁、渡峰坑、虎山、梅港等站的表现最为突出。

漫滩流量未实测而估算的如1964年梅港站,当水位在25.50m以上右岸漫滩部分流量未施测,6月第122~124测次漫滩部分流量,因所占比重不大,定线时参考过去资料和有关人员口述,粗估流量约100m3/s,该部分所定曲线略大于实测点;1966年梅港站,当水位在25.50m以上时,断面上游约2.5km处决堤,未施测右岸漫滩部分的流量,系根据1953—1955、1961年实测漫滩部分的流量定出关系曲线,然后查出漫滩流量加入主槽流量而得断面总流量,再行定出高水绳套曲线;1967年梅港漫滩部分是单独定出水位—流量关系曲线,将漫滩流量加入主槽计算。

又如虎山站,1966年当水位在27.50m以上时,未施测左岸漫滩部分的流量,系根据1955年实测漫滩部分的流量定出关系曲线,然后查出漫滩流量加入主槽流量而得断面总流量,再行定出高水绳套曲线。1967年虎山站发生了建站十余年后的第一大洪水,高水漫滩时未施测左岸漫滩部分的流量,根据往年实测漫滩部分的流量定出关系曲线,查出漫滩流量加入主槽计算。

虽然滩面流速很小,但由于漫滩范围很宽,长时间流失的水量也不可小视,滩地流量不实测对总流量成果质量有一定的影响。

4.流量精简测验的影响

简测法即每根垂线只施测一个测点流速,用这个测点的流速代表整根垂线的平均流速。从湖区测流的情况看,“五河七口”控制站不同程度地采用了简测法。在测站受到鄱阳湖顶托时,垂线流速分布比较复杂,简测法的精度不高。如赣江控制站丁家渡1954年和1955年,外洲站1966年以后多采用简测法,有时全年采用简测法,如1974—1976年。由于外洲站受河段冲淤、湖水顶托和水工建筑物干扰等诸多因素的影响,水流方向极其紊乱,一个测点代表一根垂线的简单处理方法,在复杂水情下代表性不高。(www.daowen.com)

从水文年鉴介绍的情况看,各站对简测法的流速改正系数分析不够,如1969年大部分测站采用0.6一点法施测流速,但未进行精简分析与系数改正。还存在着改变流速改正系数时缺乏分析的现象,如湖口站1954年水面一点法的流速改正系数为0.90,1955年改为0.86,没有交待修改原因。

分析流速系数的方法不是常规的方法,如渡峰坑站的水面流速系数,1966年以前均采用0.85。1966年流量资料整编时,发现1965年和1966年采用0.85后的浮标测点与流速仪测点不能衔接,而乘以0.88较为合理,因此,将1966年的水面流速系数改为0.88。一般分析方法应是选取精测法里的对应测点与精测法成果对比分析确定参数。

5.断面变化的影响

若断面变化频繁,冲淤幅度较大,在流量测验时借用水深,会直接影响推算的流量精度。从测验情况看,1954年和1955年8个站大多数测点借用断面,3—7月借用得最为频繁,其结果是对外洲这种冲淤变化比较大的测站,或者湖口这种断面比较宽的测站,其流量推算的精度没有保障。湖口站1960—1963年也多借用断面。1956年以后,其他站几乎不借用断面,只有渡峰坑站和虎山站绝大多数测点借用断面。通过分析渡峰坑站和虎山站实测断面,年内有一定的冲淤变化,对径流资料有一定影响,但由于其占“五河七口”水量比重较小,对计算湖区产水量的影响有限。

6.受人类活动的影响

鄱阳湖是江西省的粮棉生产基地,人口稠密,提水引水工程众多,这也是水文站不能控制上游来水的重要原因之一。如1978年7月以后干旱严重,各入湖河流中下游沿岸大量增加提引水设备,提引水量很大,因此,赣江、抚河、信江中下游7月以后都有下游站月平均流量小于上游站月平均流量的情况。

另外,设在水库下游的水文测站受到水库调节的影响,测流精度也会降低。修水干流控制站柘林水文站自1970年柘林水库施工,就受到挖沙的影响,水库蓄水后又受到水库调蓄的影响,水流混乱,测验困难。柘林站搬迁到虬津后,虽距水库大坝约20km,但仍受上游柘林水库调节的影响,再加上下游潦河或鄱阳湖区变动回水和测验河段断面变化较大的影响,水位—流量关系很差,流量整编成果精度有限。

7.流量整编的影响

从1954—1998年流量整编情况看,各个测站采用不同的整编方法。对于受多种因素影响的测站,在流量整编时一般均采取了多种方法进行。但由于影响因素复杂且相互影响,推流的结果仍不尽如人意。

如外洲站受到河道不稳定、鄱阳湖顶托和水工建筑物的影响,高水采用绳套曲线法,低水采用临时曲线法,回水期采用正常落差法和连时序法等。但由于流向改正困难,流量成果精度不高。

再如修水虬津站,受上游柘林水库、鄱阳湖和潦河变动回水、断面冲淤等因素影响,流量整编时,根据不同时期的资料情况分别采用临时曲线法、连时序法与等落差法处理。1983年回水期采用等落差法整编时,采用永修站水位作为下游辅助水尺,由于两站间有潦水加入,所得落差代表性较差,等落差法处理期间的测次,仅有73%的误差在10%以内。1984年除回水期用等落差法推流外,还定有4条临时曲线,无论是等落差线或临时曲线法,精度都很差,合格率一般只有60%。

8.湖口站资料分析

为了对鄱阳湖总控制站湖口水文站的测验和资料情况进行定量评价,本次对湖口站ADCP与常测法的流量资料进行了对比分析。

ADCP测流方法与传统测流方法相比具有如下优点:①费时短。采用ADCP方法测一次流量只需10min左右,测一个来回也只需20min左右。传统测流方法为船测法,由于断面宽,风力大,测船定位困难,所以费时很长,在中低水断面枯期测流一般需1个多小时,汛期一般需3小时左右,若在高水断面测流,则花费的时间更长,如1998年一个测次就耗时6个多小时。②测点多。传统测量法中的“测点”数有限,一般布设10多根垂线,每根垂线测出1~3个不同深度上的流速,进而算出垂线平均流速、断面平均流速和断面面积,最后计算出断面流量;而ADCP在横行断面过程中的采样率很高,即可以测到非常多的“测线”,在每根“测线”上可以测到几十个不同深度的流速值,实际上它是用积分的方法求出流量,因此在数据质量上有了很大的提高。③对测流断面的要求较低。传统方法的测流断面通常要求垂直于河岸,用ADCP方法,船只航行的轨迹可以是斜线或曲线,大大方便了施测作业。所以采用ADCP测流,可以解决湖口水文站风浪大测船不易定位,测流时间长反映不了频繁流向变化的问题,可以提高测流的准确性。

ADCP测流在美国得到较为广泛的应用,在我国长江口深水航道治理、长江三峡工程明渠截流等大型项目中发挥了作用,取得了较好的效果。章树安(水利部水文局)、陈松生(长江委水文局)、王教河(松辽委水文局)等人的研究表明,ADCP流量测验与流速仪测得流量进行对比,误差一般在5%以内(长江三峡坝区比测结果相对标准差为2.4%)。因此可以认为ADCP的流量测验是可靠的。表4.3-4是湖口站ADCP与传统测流结果比较表,可以发现表中6月17日以前的成果平均误差为-0.13%,这也表明在湖口站ADCP的流量测验也是可靠的。

从表4.3-4中可见,比测时期湖口站为中低水。在长江主汛期到来之前的3—6月,船测法的测流结果与ADCP法的测流结果非常接近,有75%测次两者差别在3%以下,且船测法没有出现系统偏大偏小的情况。到了7月份,随着长江主汛期的到来,船测法与ADCP法的结果出现了较大的不一致,有50%的测次两者的差别在10%以上。差别最大的测次出现在7月17日,正处于长江洪水倒灌入湖时期,ADCP方法测得流量为-2020m3/s,船测法测得的流量为-733m3/s,船测法流量与ADCP法流量差别达63.7%。其次为7月6日,ADCP方法测得流量为1820m3/s,船测法测得的流量为2380m3/s,船测法流量比ADCP法流量偏大30.8%,此次虽然测得流量为正,实际上正受到长江洪水顶托,水流不畅,流向紊乱。

表4.3-4 湖口站ADCP与传统方法测流结果的比较

续表

可见湖口水文站在中低水湖流为顺畅型时,传统测流方法的精度较高;湖流为顶托型和倒灌型时,传统测流方法准确性降低。湖口站ADCP比测的结果在湖区五河控制站具有普遍意义,可以类推“五河七口”控制站在受到鄱阳湖区洪水顶托时传统测流方法准确度下降。

从测验情况看,赣江站由于断面冲淤及湖泊顶托的影响,流向变化复杂,改正困难,对流量成果的影响很大;湖口站当湖流为顺畅型时,测流相当准确,当长江顶托湖区出现顶托型和倒灌型湖流时,测流的准确性降低,测流的问题主要出现在汛期;从“五河七口”控制站的测验看,当枯期不漫滩、不受湖区水流顶托时,测流也比较准确,测流的问题也主要出现在汛期。在计算年水量时,汛期水量占的比重大,所以要解决湖区水量计算不平衡的问题,主要需解决汛期流量资料准确度不高的问题。为此,需避开使用汛期不合理的径流资料,寻找其他资料或采用其他方法进行湖区水资源量的计算。

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