理论教育 变化环境下鄱阳湖区水文水资源研究成果

变化环境下鄱阳湖区水文水资源研究成果

时间:2023-08-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:按照常规的做法,鄱阳湖流域的设计洪水直接采用湖口水文站的实测资料进行频率计算即可得到,实际情况却是由于鄱阳湖流域特殊的地形地貌、水系分布和水流特点,使得湖口水文站的实测资料难以反映鄱阳湖流域天然洪水的全貌,不同年份的洪水资料更是难以满足一致性的要求,鄱阳湖流域设计洪水的计算面临着较大的困难。

变化环境下鄱阳湖区水文水资源研究成果

鄱阳湖承纳赣江、抚河、信江、饶河和修河五大江河及博阳河、清丰山溪、漳田河、西河等独流入湖小河的洪水,调蓄后由湖口汇入长江。在鄱阳湖入江水道设有出口控制站——湖口水文站。按照常规的做法,鄱阳湖流域的设计洪水直接采用湖口水文站的实测资料进行频率计算即可得到,实际情况却是由于鄱阳湖流域特殊的地形地貌、水系分布和水流特点,使得湖口水文站的实测资料难以反映鄱阳湖流域天然洪水的全貌,不同年份的洪水资料更是难以满足一致性的要求,鄱阳湖流域设计洪水的计算面临着较大的困难。这些困难主要表现在以下方面。

(1)鄱阳湖区较大的湖泊水面和交错的河流水网对入湖洪水发挥了较大的调蓄作用,使得洪水期出口控制站实测洪水过程不能反映鄱阳湖流域洪水的真实状况。鄱阳湖流域集水面积16.22万km2,赣江、抚河、信江、饶河和修河等五河七个水文控制站以上的集水面积为13.71万km2,占鄱阳湖流域总面积的84.5%;鄱阳湖未控区面积约2.51万km2,占鄱阳湖流域总面积的15.5%。五河控制站以上的流域基本为山丘区,五河控制站以下的鄱阳湖区则大部是经过长江及鄱阳湖水系冲积淤积而成的五河尾闾三角洲平原与湖滨平原。在鄱阳湖区内地势低平,有“高水是湖,低水似河”“洪水一片,枯水一线”的湖泊水面,有如蛛网密布的河流水网。各条河流的入湖洪水在经过鄱阳湖区时,都被湖泊和水网经过极其复杂的调蓄,水流下泄不畅,下游出口控制站实测洪水过程不能反映天然来水情况。

以湖口水位超过20m和长江、五河的21个大水年(1954年、1955年、1962年、1964年、1968年、1969年、1970年、1973年、1977年、1980年、1982年、1983年、1989年、1993年、1994年、1995年、1996年、1997年、1998年、1999年和2002年)最大一次洪水过程来统计分析鄱阳湖对洪水过程水量的调蓄作用,这21次洪水总量为110.8亿~683.4亿m3,平均为398.6亿m3,相应湖口出水量为51.3亿~543.1亿m3,平均为305.8亿m3。鄱阳湖的调蓄水量为11.3亿~207.2亿m3,平均为92.9亿m3,占平均入湖洪水量的23.3%。

(2)分洪溃口水量不能及时下泄影响下游水文站实测水量。鄱阳湖区地势低平,圩垸众多,汛期主要靠堤防挡水。鄱阳湖区防洪圩堤主要分布在五河及其他入湖河流的中下游尾闾地区和滨湖地区。共建有千亩以上大小圩堤288座,堤线总长2946.6km,保护耕地41.8万hm2,保护人口约800万人。分布于鄱阳湖滨湖区的圩堤较为低矮单薄,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。溃圩改变了洪水的时程分配和上下游控制站水位—流量关系,由于湖区河流众多,加大了溃圩的机会,加剧了对水量的影响。由于分洪溃口水量不能及时回归河槽,使得下游出口控制水文站的观测资料不能反映洪水量级的真实大小和洪水发展的真实过程。

(3)湖泊与河道的演变使得产汇流条件逐渐发生改变,影响出口控制站水文观测资料的一致性。由于河道和湖泊冲淤的自然演变以及围垦造田等人类活动的影响,几十年来鄱阳湖的面积、容积发生了较大的变化。湖口水位22m时的湖泊水面面积,由1954年的4390km2减至1985年的3222km2,相应容积由336亿m3减至261亿m3。1998年特大洪水过后,江西省实施平垸行洪、退田还湖、移民建镇的治水方略,鄱阳湖区共平退圩堤273座。至2005年,包括康山、珠湖、黄湖和方洲斜塘四个分蓄洪区在内,湖口水位22.5m时湖泊面积恢复到4500km2,相应容积340亿m3。湖泊容积的变化使得湖区对洪水的调蓄作用大小不一。湖泊容积变小则湖区对洪水的调节作用降低,调蓄作用降低的幅度与湖泊容积减小的大小不是简单的一一对应关系,据统计,泥沙淤积所致的低水位湖泊容积的减小对调蓄作用的影响不大,由围垦所致的中高水位湖泊容积的减小对调蓄作用的影响才是关键。河道与湖泊的演变影响了流域的产流、汇流条件,使得每年观测的水文资料没有较为一致的基础,并且这种影响是逐年变化的,还原计算困难。

(4)汛前鄱阳湖底水大小年年不同,对入湖洪水的调节作用差异较大。每年鄱阳湖入湖水量的大小、长江水位高低不同,鄱阳湖底水年年不同,使得江湖对洪水的调节作用每年大小差异,难于定量。

根据1954—2007年资料统计分析,鄱阳湖五河加区间历年合成最大日平均流量为12700~82800m3/s,湖口最大日平均出流量为7310~31900m3/s,鄱阳湖对五河洪水削减洪峰流量7940~55100m3/s,多年平均年削减百分比为71.2%。(www.daowen.com)

1969年6月底鄱阳湖水系洪水,入湖合成最大流量为47200m3/s。洪水到来前鄱阳湖水位为12m左右,基本是空湖待蓄,较大的容蓄容量对洪水起到了较大的调节作用,经鄱阳湖调蓄后湖口洪峰流量为10900m3/s,削减洪峰流量76.9%;本次洪水水量377.9亿m3,相应湖口出水量为170.7亿m3,鄱阳湖调蓄入湖水量的54.8%。1998年6月中旬至7月15日鄱阳湖洪水,入湖合成最大流量为65000m3/s。洪水前鄱阳湖水位为19m左右,对洪水的容蓄容量有限,对洪水的调节作用有限,经鄱阳湖调蓄后湖口洪峰流量为31900m3/s,削减洪峰流量50.9%;本次入湖洪水水量683.4亿m3,相应湖口出水量为481.4亿m3,鄱阳湖调蓄水量占总入湖水量的29.3%。

(5)洪水还原计算困难。理论上讲,对于影响资料一致性的因素,如分洪溃口水量、水网区调蓄作用等,只要一一进行改正,就可以得到天然洪水系列。实际情况却是,由于水系繁杂,人类活动影响突出,原始水文观测记录缺乏,有限的资料不足以完整描述洪水真实情况,不足以支撑洪水的还原计算。

(6)汛期湖口水文站流量测验精度偏低,不能满足水文资料可靠性的要求。前文对于出湖控制站——湖口水文站的测验资料精度进行了分析,可以得知在出湖水道为中低水、湖流为顺畅型时,湖口水文站传统测流方法的精度较高;当长江水位较高、湖流为顶托型和倒灌型时,传统测流方法准确性降低。据湖口1950—2007年共58年资料统计,除1950年、1972年、1977年、1992年、1993年、1995年、1997年、1998年、1999年、2001年和2006年等11年未倒灌外,其余47年均发生倒灌,长江倒灌入湖总水量为1393亿m3,平均每年为20.0亿m3。从年代分析可知:20世纪50—90年代倒灌水量分别为214.0亿m3、356.6亿m3、112.7亿m3、350.3亿m3和157.8亿m3。21世纪以来倒灌水量为201.7亿m3,其中最大倒灌流量为1991年7月11日的13600m3/s,年最大倒灌水量为1991年的113.9亿m3

湖流频繁的受到长江干流顶托和倒灌影响,使得湖口水文站的实测资料精度下降,使资料可靠性降低。

分洪区的有计划分蓄洪和两岸堤防溃决这两种突变因素,以及平原水网区江槽、湖泊对洪水过程调蓄逐年变化这一渐变因素综合影响,使得长江中下游自枝城以下各干流水文站,以及鄱阳湖流域实测水文资料较难满足系列一致性要求。为了保证洪水系列的一致性,以及能更真实地反映上游天然来水情况,本研究提出在分析枝城以下各干流控制站和鄱阳湖流域设计洪水时,采用总入流过程分析法,回避了上述难于定量的影响洪量的因素,将平原河流不同年代洪量的计算统一到同一个基础上,以保证分析资料的一致性。

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