模型计算中采用疏浚前后两种不同的地形资料条件下的水动力学计算结果的差值,作为疏浚对洪水水位的影响值,由于两种计算的上下边界条件相同,这样做有利于将两种计算结果统一到一致的基础上,便于比较。另外可以降低参数的敏感性带来的误差,因为在水力学模型中最重要的参数是糙率,而糙率的微小的改变,都将引起模型计算水位较大的改变,但对两种地形资料条件差值的计算,参数的敏感性就大大减低。在我们建立的sms模型中,糙率每增加1,可引起模型计算水位0.06米的变化,但对两种水力边界条件计算的差值的影响就降低到不足0.01米。3河湖疏浚对洞庭湖洪水位影响预测
根据洞庭湖河湖疏浚规划,疏挖、扩卡和扫障总土石方量33876.5×104m3。由于增加了行洪断面的面积和湖泊容量,相应增加了洪道的行洪能力,增强了湖泊的调蓄能力,对降低湖区高洪水位起积极作用。整个疏浚工程土石方量也就相当于洞庭湖增加了约3.4×108m3容积,约占洞庭湖总容积(城陵矶水位33.5米时容积167×108m3)的百分之二左右。
采用前面已经建立的水力学模型,经水力学模型模拟计算结果如下:
(1)四水尾闾及淞滋河、藕池河及汨罗江疏浚段附近洪水水位的降低较明显。水位降低的程度与开挖的断面面积占总断面面积的比例及洪水级别有关。比例越大,水位降低愈明显。洪水级别越大,水位降低越小。在计算河段中澧水尾闾可降低高洪水位0.15~0.35m,其余河段一般可降低0.1~0.25m,但在扩卡的局部区域,有时可降低水位0.3m以上。
(2)东洞庭湖洪水水位可降低0.08~0.14m,南洞庭湖可降低0.1~0.18m。湖区水位降低幅度仍然少于河道,这种趋势同典型河段的计算结果一致。
4结论与建议
4.1结论
(1)根据典型河段的水力学和水文学分析,河湖疏浚对洞庭湖区河道和湖泊高洪水位的降低均有一定的作用,其中河道洪水位降幅大于湖泊洪水位的降幅。疏浚工程的水位降低对洞庭湖的防洪作用相当于在四水干流修建一座防洪库容为4~5×108m3的水库,对四水尾闾疏浚段的防洪作用相当于在四水干流兴建一座防洪库容为10×108m3左右的水库。经分析测算洞庭湖河湖疏浚工程减免上游堤垸洪涝灾害损失、减少使用蓄洪垸来蓄洞庭湖区超额洪水而造成的蓄洪损失、可减免防汛抢险费用、减免电排排涝电费等四项合计约为4.57×108元/年。
(2)通过河湖疏竣相当于洞庭湖增加了约3.4×108m3的容积,约占洞庭湖总容积的百分之二。疏浚后湖泊水流归槽,流速加大,水流挟沙力加大,便于泥沙输送,有效减缓洞庭湖的淤积,延长湖泊使用寿命。而且由于河湖疏浚工程实施以后,加高加固了防洪大堤,提高了大堤的防洪能力。由于大堤防洪能力提高,洞庭湖的寿命延长,为长江中下游地区的防洪保安将起到重大的作用,具有巨大的社会效益。
4.2建议
(1)加强洞庭湖河湖疏浚与长江城汉河段综合整治关系的研究[5]。洞庭湖河湖疏浚工程对于疏通湖区洪道,增加湖泊容积,缓解洪水压力将起到重要作用,同时对于洞庭湖的水环境修复和自然生态系统的恢复也具有十分重要的意义。但是由于城陵矶至汉口河段上承长江干流荆江和洞庭湖水系来水,特别由于下荆江裁弯,城陵矶至汉口河段及洞庭湖淤积严重,城螺河段泄流能力下降,大量洪水滞留洞庭湖,目前三口四水的洪水仅靠一个小口渲泄,若湖口门槛不同步降低,城汉河段继续淤积,湖内的疏挖增加的湖容大部分会变成死湖容。同时降低出湖口门也有利于洞庭湖对长江中下游径流的补给。因此,必须认真研究并切实处理好洞庭湖河湖疏浚与长江城汉河段综合整治的关系,切实研究并尽快实施城陵矶以下至汉口河段的综合整治工程。
(2)加强洞庭湖水沙、水质、底泥监测。洞庭湖河湖疏浚作为洞庭湖综合治理的主要工程措施,不仅具有扩大湖容、疏通航道等一般工程疏浚的技术特点,而且通过疏浚和清除湖泊水体中的污染底泥,为洞庭湖的自然生态系统恢复创造条件。在疏浚工程实施前、中、后期,要充分了解湖泊功能由于水沙条件变化、水质污染和生态破坏带来的危害和问题,加强湖泊水量、泥沙、水质、底泥和水生生物的调查和监测。但是目前洞庭湖水文、水质监测站点严重不足,底泥污染监测尚属空白,因此应在洞庭湖水文、水质监测站网充实和优化的基础上,特别加强洞庭湖的底泥监测。
参考文献
[1]《洞庭史鉴》编纂委员会.洞庭史鉴——洞庭湖区域发展研究[m].长沙:湖南人民出版社,2002年12月.
[2]湖南省政协经济科技委员会.三峡工程与洞庭湖关系研究[m].长沙:湖南科学技术出版社,2002年12月.
[3]窦鸿身,姜加虎.洞庭湖[m].合肥:中国科学技术大学出版社,2000年5月.
[4]吴作平,杨国录,甘明辉.荆江—洞庭湖水沙关系及调整[j].武汉大学学报(工科版),2002,35(3).
[5]李正最,汤喜春.论三峡工程建成后长江城汉河段的综合整治[j].水电站设计,2002,18(4).
effectsonthefloodelevationofdongtinglakedredgeingup
abstract:dongtinglakeisanimportantregulatinglakeinthemiddlereachofyangtzriver.itreceivesvolumeandsedimentoffloodfromxiangriver,ziriver,yuanriver,liriverandyangtzriver,thisleadtogetlevelhigherbecauseofdeposit,disasteroffloodbecomeseriousandentironmentworsened,capabilityofwaterself-cleanseingandwaterenvironmentbearingbecomelower.thispaperanalyzestheeffectsonthefloodelevationofdongtinglakedredgeingupaccordingtotheprogramofdongtinglakedredgeingupandthecompletedataoftypicalreachdredged.
keyword:dongtinglake;dredgeup;floodelevation;effect.2.2水文学方法
本次分析的二个典型河段位于澧水洪道和南洞庭湖区。在澧水洪道上有石龟山水文站实测水位和流量资料。南洞庭湖区有沅江水位站,仅有水位资料。根据两站不同的资料情况,分析中采用不同的分析方法。基本分析思路是:澧水洪道采用单值化水位流量关系法,通过分析河道疏浚前后的单值化水位流量关系来分析疏浚对洪水水位的影响;南洞庭湖的沅江站因其只有水位资料,所以通过分析疏浚前后南嘴~沅江水位相关关系来分析疏浚对洪水水位的影响。2.2.1澧水洪道疏浚前后石龟山站水位流量关系变化分析
天然河道中水位流量关系由于受洪水涨落,变动回水,断面冲淤等因素影响,水位流量关系并不是单值关系,而是呈现复杂的绳套关系,每次洪水的水位流量关系都不一样。因此,将各年份的水位流量关系直接比较,则比较的基础不一致,无法得出正确的结果。为此首先必须对观测的水位流量关系进行单值化处理,消除洪水涨落,变动回水等附加比降因素的影响,使水位流量关系的比较统一到一致的基础上来。石龟山站水位流量关系受澧水和长江淞兹口来水的影响,此外还受到南嘴站水位的顶托,水位流量关系更加复杂,呈多值绳套关系,因此必须进行单值化处理。石龟山站单值化水位流量关系公式为:式中:q——单值化流量(或流量校正因素);
△z——综合落差,采用津市至石龟山落差△z1和石龟山至南咀的落差△z2的组合落差,其值为△z=0.6△z1 0.4△z2;q——实际流量。用上上两式计算出校正流量后,再用三次幂函数与水位拟合得单值水位流量关系,各年单值关系按照国际标准iso1100/2的要求进行了符号、适线和偏离数值检验,检验结果合理。各年的单值化流量计算系数见表4-3。其公式形式为q=a0 a1x1 a2x2 a3x3式中,x1=z-30、x2=x12、x3=x13。
表3石龟山站各年单值化水位流量关系系数年份
a0
a1
a2
a3
1991
1290.7
-457.918
121.141
-4.353
1995
-2853.5
1858.0
-267.4
15.933
1996
507.785
90.773
27.578
0.477
1998
557.54
-198.3
89.62
-2.5717
1999
5442.8
-2374.6
393.71
-16.233
将上述个年份的单值化水位流量关系点绘在一张图上(图略),可看出澧水洪道上水位流量关系在疏浚前后有较大变化。主要结果如下:(1)同流量级水位降低。澧水洪道疏浚前后石龟山站水位流量关系变化较大,在水位37.0米以下,历年单值化水位流量关系曲线有部分交错现象,但仍有较明显的变化趋势,疏浚前同级流量水位较高;水位在37.0米以上,与疏浚前1991年相比,均偏于该线的下方,表明同流量级水位降低。降低幅度一般位于0.2~0.5米之间。 (2)同水位级流量增加。与水位的变化一样,疏浚前后石龟山站在水位37米以下,单值化水位流量关系有部分交错现象,但仍有明显趋势;在水位37米以上,疏浚以后几年的关系线均偏于疏浚前1991年的右方,表明同水位级流量有增大的趋势。从图中得知,疏浚后同水位级下,过流能力增加200~500m3/s。
2.2.2南洞庭湖疏浚前后沅江站水位流量关系变化分析
沅江站是南洞庭湖的水位站,有水位资料但无流量资料,无法进行水位流量单值化分析。因此我们选用南咀沅江洪峰水位相关关系来进行分析。在假定南嘴不受疏浚影响的情况下,此相关关系的变化反映了沅江站水位的变化,实际上根据水力学模型计算的结果,南嘴水位也受到一定的影响,因此,此相关关系仅反映沅江与南嘴的落差变化。由于洪水过程受附加比降等因素的影响,而使相关关系复杂化。因此选用两站的洪峰水位做样本,建立两站的洪峰水位相关关系来分析疏浚对南洞庭洪水水位的影响。资料选样以1990年-1997年资料作为疏浚前资料,选用了29场洪水的南咀沅江洪峰水位资料;1997年~2002年资料作为疏浚后资料,共选用了21场洪水的南咀沅江洪峰水位资料。将选用的资料点据系列绘于南咀沅江洪峰水位关系图上,分别拟订疏浚前后两条关系线(图略),可以看出两条关系线仅有细微的差别,无显著变化,这说明南洞庭湖疏浚后,对南洞庭湖洪水水位的影响较澧水洪道而言影响较小。1997年以后在南洞庭湖莲花澳~廖洋口以及实洲岭河段进行了一定规模的疏浚工作,其中实洲岭河段靠近沅江站附近。南洞庭湖沅江站洪峰水位,疏浚前后在南嘴同等水位情况下,水位降低约0.07-0.15米,这说明沅江与南嘴的落差加大,水流速度加快。很显然,由于清淤疏浚,河床加深,过流能力得到一定程度的提高,对高洪水位的降低有一定作用,但是由于南洞庭湖区洪水期水面宽广,湖泊疏浚增加的过流面积影响有限,在影响南洞庭湖水流的复杂水力因数中,其作用较河道偏小,因而疏浚对南洞庭洪水水位的影响不如澧水洪道。2.3典型河段疏浚对澧水洪道及湖泊传播时间影响分析
澧水洪道疏浚于1994年开始,根据掌握的资料疏浚前选用1978~1994年资料,疏浚后选用1995~2002年资料。1995年至今9场洪水平均传播时间为18小时;而1978年至1994年27场洪水平均传播时间为26小时,洪水平均传播时间缩短8小时。很显然澧水洪道由于河道疏浚,行洪能力增强,水流速度加快,洪水传播时间已发生显著变化,在原来的基础上已缩短近三分之一。
南咀至营田河段疏浚时间起于1997年,故可将1997年及其以前的资料,作为疏浚前的资料,由于疏浚时间持续到2001年,因而疏浚后的资料十分有限,考虑到1998年已完成了相当一部分工作,故将1999年及其以后的资料作为疏浚后的资料进行分析。由于湖区来水组合复杂,在上述统计中尽量采用反映南洞庭湖来水的洪水为主,以便使统计值能反映实际情况。通过对1999年至今7场洪水统计,平均传播时间为22小时,而1978年至1994年25场洪水平均传播时间为24小时,两者相差2小时。由此可见在南洞庭湖进行疏浚,对南咀至营田洪水传播时间具有一定影响,但影响程度不如河道。
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