【摘要】：河湖水系連通與水資源安全是目前水科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。為查明荊南三口地區(qū)河湖水系連通與水資源的關(guān)系,篩選水資源安全戰(zhàn)略措施,運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)等數(shù)學(xué)方法從水系連通視角探討水系連通變異下水資源態(tài)勢(shì)及基于水資源安全的調(diào)控方案,取得如下的研究成果:(1)1956-1989年荊南三口地區(qū)水系連通度呈下降趨勢(shì),總降幅達(dá)23.88%,1990-2017年水系連通度總體呈緩慢上升趨勢(shì),總漲幅不到0.5%。1989年為水系連通度的最小值,是該地區(qū)水系連通的變異點(diǎn),研究時(shí)段分為兩個(gè)時(shí)期:1956-1989年(水系連通變異前)和1990-2017年(水系連通變異后)。(2)水系連通變異后該地區(qū)水資源時(shí)空差異顯著。變異后,水資源量呈顯著下降趨勢(shì),年均線性遞減率約為7.39×10~8 m~3/a,汛期銳減趨勢(shì)明顯,但汛期水資源量越來(lái)越集中,約占全年總量的70%,促使枯水期水資源量匱乏,藕池河?xùn)|支斷流持續(xù)5個(gè)月,年均水資源量減少208.32×10~8 m~3;豐枯交替變化的時(shí)間周期縮短1~13a,最強(qiáng)周期震蕩時(shí)間尺度由28a減小為15a,振蕩次數(shù)增多1~3次。空間上,水系連通變異后,松滋河西支、虎渡河、藕池河西支下降趨勢(shì)顯著,下降程度存在差異,藕池河?xùn)|支斷流天數(shù)延長(zhǎng),達(dá)到267天。(3)水系連通變異后該地區(qū)水文干旱特征明顯。變異后,水文干旱現(xiàn)象年均發(fā)生次數(shù)增加到1.22~2.7次,水文干旱歷時(shí)平均值增加約1個(gè)月,三口五站水文干旱強(qiáng)度平均值增加值分別為104.53×10~8 m3、57.58×10~8m3、80.75×10~8m3、18.15×10~8m3、105.91×10~8m3,水文干旱峰值平均值呈增長(zhǎng)趨勢(shì);變異后水文干旱特征二維聯(lián)合重現(xiàn)期縮短,相同單變量重現(xiàn)期干旱歷時(shí)時(shí)長(zhǎng)更長(zhǎng),干旱強(qiáng)度更大,峰值更高;2006年(枯水年),三口地區(qū)五站的缺水量分別為13.82×10~8m3、5.08×10~8m3、6.50×10~8m3、14.2×10~8m3、9.81×10~8m3。(4)水系結(jié)構(gòu)、水系連通度與水資源的之間存在相互影響、相互制約的關(guān)系。水系結(jié)構(gòu)各參數(shù)和水系連通度之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)在0.76~0.88,水系連通度值在0.0138~0.1857范圍內(nèi),水系連通度與河長(zhǎng)、水面率、河頻率、河網(wǎng)密度、河網(wǎng)發(fā)育系數(shù)、水系分維系數(shù)等水系結(jié)構(gòu)參數(shù)呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì);水系連通度與水資源的皮爾遜相關(guān)系數(shù)為0.78,水系連通度與水資源呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)。(5)根據(jù)DYNAMO語(yǔ)言,運(yùn)用Vensim分析軟件構(gòu)建荊南三口地區(qū)水資源安全調(diào)控系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,通過模擬現(xiàn)狀延續(xù)型、資源節(jié)約型、經(jīng)濟(jì)發(fā)展型、綜合協(xié)調(diào)型四種方案,結(jié)果表明綜合協(xié)調(diào)型近遠(yuǎn)期水資源供需差額分別為-1.44×10~8m3、-0.93×10~8m3,水資源量有盈余,遠(yuǎn)期總?cè)丝诒痊F(xiàn)狀延續(xù)型、資源節(jié)約型分別多3.36萬(wàn)人、5.11萬(wàn)人,工業(yè)產(chǎn)值分別多55.28億元、55.72億元,第三產(chǎn)業(yè)工業(yè)產(chǎn)值分別多2.06億元、34.08億元,牲畜量分別多32.05萬(wàn)頭、41.58萬(wàn)頭,農(nóng)田灌溉面積分別多17.12萬(wàn)畝、17.49萬(wàn)畝,實(shí)現(xiàn)水資源效益最大化,且該方案綜合評(píng)價(jià)值最高,方案四為該地區(qū)水資源安全調(diào)控最優(yōu)方案。綜合協(xié)調(diào)型是實(shí)現(xiàn)該地區(qū)水資源安全的模式。(6)提出基于水資源安全的綜合協(xié)調(diào)發(fā)展具體措施:實(shí)施水系連通工程與水源工程,建立“多源互補(bǔ)、豐枯調(diào)劑”的供水工程管理體系,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與升級(jí),水資源各行業(yè)間合理配置,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高效節(jié)約用水,提高國(guó)民經(jīng)濟(jì)用水效率,提高污水回用率、工業(yè)用水重復(fù)利用率。
【圖文】：

10圖 2-1 荊南三口河系示意圖及主要水文站點(diǎn)分布過上述分析可以看出，荊南三口五河的河網(wǎng)結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀水系。長(zhǎng)江干流三口分泄水流向南入洞庭湖，主干支流區(qū)分不明顯，支流均勻分散，水和緩，河道交織成網(wǎng)，形成網(wǎng)狀水系。1956-2017 年荊南三口水系發(fā)育一化和主干化，水系分維數(shù)、河流長(zhǎng)度、河網(wǎng)密度、河流數(shù)目、水面育系數(shù)、河網(wǎng)復(fù)雜度均呈下降趨勢(shì)[146-147]。行政區(qū)域南三口河系流經(jīng)公安縣、石首市、華容縣、安鄉(xiāng)縣、南縣等行政區(qū)域，石首市 2 個(gè)行政區(qū)域水資源受長(zhǎng)江荊江段影響大，，荊南三口河系徑流量現(xiàn)季節(jié)性斷流現(xiàn)象，導(dǎo)致水資源短缺或旱災(zāi)，影響最為嚴(yán)重的地區(qū)是華鄉(xiāng)縣[39]。因此，本文中荊南三口地區(qū)主要包括華容縣、安鄉(xiāng)縣、南縣三

勢(shì)有什么規(guī)律？水系連通度序列變化趨勢(shì)是否出現(xiàn)突變等問題是目前水科學(xué)研究領(lǐng)域重視的議題之一。簽于此，本章從計(jì)算水系連通度入手，分析荊南三口地區(qū)水系連通度演變特征，揭示演變規(guī)律與驅(qū)動(dòng)因素，對(duì)水系連通度序列變化趨勢(shì)進(jìn)行突變分析，有利于尋求水系連通度與水資源態(tài)勢(shì)、水文干旱及缺水響應(yīng)的研究結(jié)合點(diǎn)，為揭示水系連通度與水資源之間的內(nèi)在聯(lián)系提供支撐。3.1 水系連通度演變特征基于河流自然屬性、社會(huì)屬性的水系連通性評(píng)價(jià)方法，選出河網(wǎng)中河段的長(zhǎng)度、河段的重要程度、過水能力、過水能力指數(shù)等參數(shù)，構(gòu)建水系連通性函數(shù)，充分考慮了河道的自然與社會(huì)兩個(gè)屬性。首先，利用水系結(jié)構(gòu)特征和各河道的自然屬性，劃分河道等級(jí)，其次，根據(jù)各河道的社會(huì)屬性，由公式（2-2）計(jì)算得到各河道的重要程度，最后，由式（2-3）、式（2-1）計(jì)算獲得 1956、1978、1989、2008 和 2016 年 5 期荊南三口水系連通度，并計(jì)算和分析出整個(gè)研究時(shí)段的水系連通度（圖 3-1）。
【學(xué)位授予單位】：湖南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TV213.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2596650