长江中下游江湖水交换规律研究

1、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

2、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

3、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yiT论女第表匸家计算软件 Matlab 等，利用 ArcGIS、MapINFO 和 CorelDRAWX3 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

4、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

5、小了 220X108m3。2003-2009年9-10月份三口流 量之和比蓄水前减少了 870m3/s减少幅度为38.9%。2003-2009年宜 昌站流量50000m3/s和30000m3/s时,三口分流比较1998-2002年略 增；10000m3/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

6、，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l_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

7、水年时，则洞庭湖可以分洪658X108m3, 同年补给长江干流水量为 3191X108m3;三口和四水都是50%的平 水年时，洞庭湖分长江干流水量为545X108m3，同年补给长江干流2403Xl08m3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1873X08m3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2300X08m3、1440X08m3、 1175X08m3和930X08m3。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

8、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yiT论女第表站冢 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 1564Xl08m3,超过了平水年。2典型丰水年江湖水

9、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。 洞庭湖和鄱阳湖1954年补给长江水量为分别为5248x108m3和 2481 Xl08m3，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 3994x108m3和2650X08m3,分别约占同期 大通径流量的

10、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C易发表用yiT 论女第表匸冢取得成功。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。

11、【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23-44121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.

12、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50-52

13、1.531资料来源 50-511.532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8

14、3-852.2.3.2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101-104

15、3.3三口分流规律 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 42.1城陵矶（七）水位影响因素分析118-1

16、193 42.2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

17、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

18、.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yiT 论女划表站家154-158461五河六站径流对湖口水位的影响154462湖内水位对湖口水位的影响154-155463长江干流水位对湖口水位的影响1554.6.4

19、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

20、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.