洞庭湖河湖疏浚防洪减灾效益研究(1)程力学毕

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1、洞庭湖河湖疏浚防洪减灾效益研究(1)程力学毕摘要：洞庭湖是长江中游的重要调蓄湖泊，但由于接纳湘、资、沅、澧四水和长江三口洪水、泥沙，使得河道湖泊泥沙淤积，洪水位抬高，在不断加重湖区的防洪负担的同时，造成严重的洪涝灾害。根据洞庭湖河湖疏浚规划，通过对典型河段疏浚前后水情、堤防防洪能力和内湖自排时间等的变化的深入分析，定量与定性相结合对洞庭湖河湖疏浚的防洪减灾效益进行了分析研究和预测。关键词：疏浚防洪减灾效益洞庭湖1问题的提出洞庭湖作为长江中游的调蓄湖泊，是长江中下游防洪体系中的重要组成部分。它不仅具有调蓄江河径流、发展航运、渔业和为工农业生产提供丰富水资源等用

2、途，还对调节湖区气候和生态平衡也起着重要作用。由于洞庭湖接纳湘、资、沅、澧四水和长江的松滋河、虎渡河、藕池河三口，每年有大量的泥沙进入洞庭湖，其中约四分之一左右的泥沙由城陵矶注入长江，四分之三则淤积在洞庭湖，1975年与1952年比较，七里湖平均淤积达4m以上，南洞庭湖淤积近2m，东洞庭湖淤积近1m。由于泥沙淤积，造成四口洪道多呈淤积萎缩态势，湖内洲滩滋长、芦柳丛生、滞流阻水严重，进而加速泥沙淤积，并有恶性循环之势。而且由于湖泊萎缩使得水系紊乱，相互顶托干扰。这些问题导致洞庭湖区调蓄容积减少、洪水位不断抬升、江湖关系改变，加重湖区的防洪负担、造成严重的洪涝灾

3、害。因此，加强洞庭湖区河道整治、实施河湖疏浚工程、调整部分河段的河势、改善水流条件、稳定河床、减少泥沙淤积、延长河道寿命是非常迫切的。目前洞庭湖河湖疏浚规划已经完成，包括湘、资、沅、澧四水尾闾和松滋河、藕池河、南洞庭湖、东洞庭湖、汩罗江等疏挖总工程量达33876.40×104m3，目前为止已经付诸实施的有约4067.91×104m3。为了客观地反映河湖疏浚的实际效果和作用，必须正确全面地对河湖疏浚的防洪减灾效益进行分析和研究，并作出合理的评价。2河湖疏浚对典型河段的洪水水位影响分析2.1水力学方法水力学法的主要思路是运用洞庭湖水动力学模型，在同样的来水条件下

4、，分别计算疏浚前后（地形和糙率不同）洞庭湖疏浚影响区的洪水水位，通过对水位差值的比较，得出疏浚对河湖洪水水位的影响。洞庭湖水系中，四水及长江三口控制断面以下无流量站控制，区间面积约占洞庭湖水系总面积的20％，与洞庭湖洪水的形成密切相关。本研究洪水演算采用SMS（地表水模拟系统）水力学模型，区间的产流计算采用SSARR（河流综合预报与水库调度模型）水文学模型。SMS模型(SurfaceodelingSystem)是美国陆军工程兵团开发的水力学模型。该模型通过求解二维完全圣维南方程组，求解出计算时间内整个研究区域的水位、流量及二维X、Y方向的水流速度。其显著优点

5、是可以实现一二维水力学模型的结合，这使得我们在建模时可将河道概化为一维单元，湖泊等宽广水面概化为二维单元，实现一、二维水力学模型的有机结合。SSARR模型是一种概念性河流系统水文预报数学模型，由美国陆军工程兵团河流预报中心20世纪70年代中期研制。它认为降雨径流模型实质上是一个扣损曲线流域模型，在流域内的降雨输入可以转化为径流、土壤含水量的增加和流域蒸散发损失三部分。由于洞庭湖区间大部分地区无流量观测资料，因此选择有流量资料的典型流域进行参数分析，再根据有关地理因数，将参数换算到无资料地区。根据水力学模型的需要将整个湖区区间划分为49个子块，每个子块单独计算

6、产流过程。2.1.1SMS水力学模型边界条件　模型上边界：四水入流控制站湘潭、桃江、桃源、石门及长江宜昌、长阳及湖区区间产流流量。洞庭湖区沿湖区间面积的产流，使用SSARR水文学模型，根据降雨过程模拟出湖区区间流量过程。模型下边界：长江螺山站。由于河湖疏浚对螺山站的水位影响甚微，因此可以认为疏浚前后螺山站水位基本保持不变。故可将典型年螺山站的实际水位过程作为模型的下边界。2.1.2洪水典型年的选择　为了保证分析成果的代表性，必须选择不同类型的典型年进行分析。典型年主要选择近期的主要大水年1996、1998、1999年。其中1996年洪水为四水遭遇型洪水，19

7、98年洪水为1954年后长江流域全流域大洪水，1999年洪水为湖区区间及长江干流遭遇的恶劣组合型洪水。2.1.3分析计算结果及原因分析　对计算采用的3个典型年，分别选择疏浚前后的地形资料计算三个典型河段影响区的水位，在疏浚区每隔500m，模型输出一个水位值。计算的结果为：澧水洪道洪水水位降低0.2～0.3m；南洞庭湖洪水水位0.09～0.17m。在所选的典型河段中，澧水洪道的影响十分显著，南洞庭湖一带疏浚前后的影响次于澧水洪道。造成这一结果的原主要是因为澧水洪道为一狭窄性河道，洪水期间经常出现碍洪现象。疏浚后河道横断面面积增加，且主河槽深度加深，水流阻力减小

8、，过流能力增加，洪水水位降低比较明显；在南洞庭湖区，