【摘要】：鄱陽湖是我國最大的淡水通江湖泊,在長江經濟帶發(fā)展與保護中占有十分重要的地位。受氣候變化、自然地理條件和人類活動等多重因素影響,長江與鄱陽湖江湖關系持續(xù)演變,尤其是近十幾年演變加劇,給湖區(qū)經濟社會發(fā)展及生態(tài)環(huán)境帶來較大影響,受到社會廣泛關注。定量識別氣候變化及人類活動等要素對江湖水情的影響,分析三峽水庫運行下江湖關系新變化趨勢及適應性調控成為學術界的研究熱點。本文在系統(tǒng)總結和歸納國內外對江湖關系演變與調控效應相關研究的方法、成果和存在問題的基礎上,形成江湖關系演變趨勢與調控效應研究理論框架和技術方法體系,圍繞江湖水情時空演變特征與趨勢、江湖洪水遭遇規(guī)律、江湖水量交換關系、控制性水庫對江湖水情的調控效應等方面展開全面系統(tǒng)的定量辨識研究,為保障鄱陽湖經濟、社會、環(huán)境可持續(xù)協(xié)調發(fā)展提供科學理論依據。論文主要研究內容和成果如下:(1)采用數理統(tǒng)計、Mann-Kendall檢驗、Pettitt檢驗及小波分析等水文演變趨勢分析方法,揭示長江中游干流和鄱陽湖的流量、水位、江湖沖淤、河道水位流量關系、江湖水位關系、湖泊調蓄洪水能力等水系統(tǒng)要素的長歷時時空演變特征及趨勢。三峽水庫運行以來,長江中游干流9～11月流量明顯減少,12～次年3月流量增加;九江站枯水河床沖刷下切,水位特征受上游來水和河道沖刷綜合影響而改變。鄱陽湖出湖水量減少幅度小于入湖水量,但枯水期出流加快,9～11月最大倒灌流量減少;入湖水量長歷時變化趨勢不顯著,出湖水量呈現微弱的上升趨勢。鄱陽湖水位變化受五河和長江來水的雙重影響,湖區(qū)都昌站附近水位變化幅度最大,都昌以上距離湖口越遠影響越小。鄱陽湖湖口與長江干流水位相關關系較好,三峽水庫運行后,水位相關關系未發(fā)生明顯變化,而湖口站14m以下水位時星子水位明顯降低。長江對鄱陽湖的頂托或倒灌作用減弱,從而減弱了對長江洪水的調蓄作用。江湖水情變化受降水偏少、河床沖刷和采砂、三峽水庫運行等綜合影響,2003年為主要突變點。(2)基于Copula函數研究江湖不同量級洪水遭遇概率,定量評估人類活動影響下多因素對洪水遭遇的影響。長江干流發(fā)生100年一遇洪水時,鄱陽湖發(fā)生100年、50年、10年一遇出湖洪水的概率分別為19.0%、27.3%和53.8%。在長江發(fā)生一定洪水條件下,鄱陽湖低重現期洪水發(fā)生的可能性比高重現期洪水的可能性大,鄱陽湖調蓄降低了長江洪水與鄱陽湖出湖洪水遭遇概率。三峽水庫削峰作用降低了鄱陽湖與長江洪水遭遇概率約7.0%。(3)基于頂托強度指數、倒灌強度指數及水量交換系數等特征指數概念和方法,系統(tǒng)分析復雜的江湖水量交換關系及交換強度變化,探討主要驅動因素影響程度。鄱陽湖汛期7～9月多年平均頂托強度27.5%,平均倒灌強度8.3%,水量交換以“湖分洪”狀態(tài)為主;枯水期12～次年4月多年平均頂托強度8.8%,水量交換以“湖補江”狀態(tài)為主。當長江中游來水較五河來水15.7倍偏豐時,水量交換以“湖分洪”為主;當長江中游來水較五河來水6.8倍偏少時,水量交換以“湖補江”為主;其他來水情況表現為“穩(wěn)定”狀態(tài)。江湖調控是驅動江湖水量交換關系變化的主因,三峽水庫運行以來,12～次年3月湖口頂托強度增加6.0%,汛期削峰作用降低湖口頂托強度4.8%,倒灌強度減弱2.3%。(4)構建長江中游復雜江湖關系一、二維耦合水動力數學模型,定量識別三峽水庫正常運行對于江湖天然水文過程和江湖關系的影響程度。三峽水庫蓄水期(9～11月),長江中游干流九江站流量減少、水位降低,尤以10月最為顯著,平均流量減少3340m3/s;三峽水庫補水期(12～次年5月)流量總體增加、水位升高,枯水期1～3月補水作用明顯,平均流量增加800～1550m3/s;汛期大洪水洪峰有所削減。三峽水庫運行改變了江湖水量交換過程,鄱陽湖9月平均出湖流量增加14.6%,而10月出流減少9.6%,12～次年5月出流減少0.1～5.0%,6～7月出流增加2.7～7.4%,8月出流減少4.6%,7～10月倒灌流量有所減少。湖區(qū)水位過程受長江干流來水和江湖水量交換變化而發(fā)生顯著改變,漲水階段水位偏高,退水階段水位偏低,消落速度加快,枯水出現時間提前,枯水歷時加長,水文節(jié)律變?yōu)楹楹导鞭D的情勢。三峽水庫蓄水期降低湖區(qū)水位效應可影響至康山,枯水期補水抬高湖區(qū)水位作用僅能影響到都昌附近。湖區(qū)星子站10月平均水位降低1.04m,1～3月平均水位升高0.17～0.32m,湖區(qū)水面面積和湖容相應變化。湖區(qū)近年水文節(jié)律變化特征已成為常態(tài)化趨勢,對湖區(qū)供水和生態(tài)環(huán)境產生了較大影響。(5)采用水動力數學模型和動湖容模擬調節(jié),研究擬建鄱陽湖樞紐及與三峽水庫聯(lián)合調控對江湖水情的調節(jié)效應。鄱陽湖樞紐科學調控后,汛期對江湖水情影響較小,枯水期可有效恢復和科學調整江湖關系,改善了湖區(qū)的水資源利用形勢和水生態(tài)環(huán)境,并可對長江下游干流起到一定的補水作用。鄱陽湖樞紐汛末蓄水期(9月1日～15日),湖口出湖流量平均減少值占大通站同期流量的5.6%,而湖區(qū)星子水位較現狀平均升高0.78m。江湖關系恢復期(9月16日～10月底),為三峽水庫主要蓄水期,星子水位較現狀平均升高2.59m,湖區(qū)水位、下降速度可基本恢復到三峽水庫運行前的情勢。科學調整江湖關系期(11～次年2月),11月湖口出湖流量平均增加714m3/s,星子水位較現狀平均升高2.72m,較三峽水庫運行前的水位抬高0.7m;長江干流最枯水期12～次年2月,出湖流量變化較小,而星子水位可平均升高2.94m,較2003年以前的平均水位抬高2.36m。
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２．２江湖關系的水文演變趨勢分析方法逡逑２．２．１演變趨勢分析方法逡逑水文演變趨勢分析方法眾多，本文主要采用線性回歸分析、滑動平均、累積距平、逡逑歷時曲線、Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ檢驗、Ｐｅｔｔｉｔｔ檢驗、小波分析等分析趨勢性、突變性和周期逡逑性的方法，以下僅簡要介紹Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ檢驗法、Ｐｅｔｔｉｔｔ檢驗法、小波分析法。逡逑２．２．１．１邋Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ邋檢驗法逡逑在時間序列趨勢分析中，Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ檢驗（簡稱ＭＫ）是世界氣象組織推薦并逡逑己廣泛使用的非參數檢驗方法，最初由Ｍａｎｎ和Ｋｅｎｄａｌｌ提出（Ｍａｎｎ，，１９４５；邋Ｋｅｎｄａｌｌ，逡逑１９７５），ＭＫ檢驗不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數異常值的干擾，適用水文、逡逑氣象等非正態(tài)分布的數據，眾多學者不斷應用ＭＫ方法來分析降水、徑流、水位、泥逡逑沙、氣溫和水質等要素時間序列的趨勢性和突變性。逡逑在ＭＫ檢驗中，原假設／／0為時間序列數據；＾是？個獨立的、隨機變量同分布的逡逑

２．２．３．２倒灌強度指數逡逑差異性的湖泊流域和長江中上游來水作用，為特定時間內江水倒灌的發(fā)生提供了逡逑條件。鄱陽湖倒灌現象是長江洪水頂托作用的極端現象，也是“湖分洪”作用的直接表逡逑現。為定量表征長江水倒灌鄱陽湖效應特征，定義倒灌強度指數Ｄ，以反映鄱陽湖分逡逑蓄長江洪水能力，即倒灌強度（趙軍凱，２０１１；趙軍凱等，２０１３；邴建平等，２０１７；李雨等，逡逑２０１７）。逡逑若湖口實測流量＆＜０，則表示發(fā)生倒灌。設某月總天數為《，發(fā)生倒灌天數為ｆ逡逑天，不發(fā)生倒灌天數為心【，則該月湖口總倒灌水量記為Ｖ，湖口實際出湖水量記為０：逡逑＾土N襄危ǎ玻玻保福╁義希椋劍苠義希希蓿眩螅殄危ǎ玻玻保梗╁義希椋劍戾義鮮街校喝希�？表淑R冢旌謔擋飭髁�；＃表示该贼敜江水禈嬥总量；Ｏ表示该哉摱阳湖辶x稀ｅ義

本文編號：2677158