洞庭湖河湖疏浚对洪水位影响分析

洞庭湖河湖疏浚对洪水位影响分析

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时间:2018-11-22

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1、洞庭湖河湖疏浚对洪水位影响分析摘要: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,造成淤塞河道湖泊泥沙淤积,洪水位抬高,加重湖区的防洪负担、造成严重的洪涝灾害。根据洞庭湖河湖疏浚规划和典型河段疏挖竣工资料,运用水力学和水文学方法对疏浚前后洪水位的变化进行了分析。关键词:洞庭湖疏浚洪水位影响1问题的提出洞庭湖作为长江中游的调蓄湖泊,不仅是长江中下游防洪体系中的重要组成部份。它不但具有调蓄江河径流、发展航运、渔业和为工农业生产提供丰富水资源等多种用途,而且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

2、、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

3、、延长河道寿命是非常迫切的[1~4]。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对洞庭湖防洪减灾实际效果和作用,必须准确分析疏浚后的洪水位降低效应。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,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

4、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[2]。2.1.1原理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

5、力学模型的有机结合。SMS模型是一个二维浅水方程,方程形式为:上式中:h——研究水体的水深(m);u、v——水体在X、Y两个方向上的流速;ρ——水体密度;X、Y、T——分别为时间和空间上的坐标;E——水体涡度系数;E下标XX表示水面X方向的涡度系数;下标YY表示水面Y方向的涡度系数;下标XY、YX表示水面切变方向的涡度系数;G——重力加速度;A——河底高程;N——满宁系数;ζ——分向切变系数;Va——风向切变系数;Ψ——风向;ω——地球旋转的角速度;ø——所在地的纬度;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

6、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。某一计算时段的径流RGP为流域面平均降雨AsoNormalstyle="TEXT-INDENT:52.5pt">RGP=ROP×AsoNormalstyle="TEXT-INDENT:21pt">考虑蒸散发的各月份变化规律和雨强对径流及蒸散发的影响。利用土壤水分指数SMI和径流百分数的关系,土壤含水量~蒸散发关系,确定土壤水分的最大值SMI,计算各个时段的径流量。根据水量平衡原理土壤含水量-径流关系可用下式表

7、达:SMI2=SMI1+M1+R0-ET1式中:SMI2——时段末的土壤含水量指数;SMI1——时段末的土壤含水量指数;M1——时段内的土壤水分输入;R0——时段内的产生的径流;ET1——时段内的蒸散发指标。对于某一时段来讲,土壤含水量除直接与径流产生有关外,其值的大小一定与时段内的蒸发指标有关,其关系可由下式描述:SMI2=SMI1+(AsoNormal>式中:soNormalstyle="TEXT-INDENT:31.5pt">RGP——时段内降雨产生的径流量;ETI——日蒸发量;DKE——日蒸发按降雨条件和土壤含水

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