洞庭湖洪水预报决策支持系统

文章介绍了洞庭湖洪水预报决策支持系统的开发。该决策支持系统是建立在湖区入流与水位预报的水力学和水文学模型的基础上，考虑了堤垸的溃决和排涝的影响，并将入流过程输入水库调度模型和湖区二维水力学模型进行演算。该决策支持系统将应用于实时洪水预报和调度，同时也可作为规划和优化洪水管理措施的有用工具，并可提高防洪决策的效率，在堤垸溃决情况下尤其能体现其作用。     

洞庭湖洪水及其出路问题

分析洞庭湖的洪水成因、湖区防洪能力、长江与洞庭湖关系的变化等问题,提出以抬高洞庭湖分洪控制水位和使用蓄洪区方式增加洞庭湖区蓄洪能力,解决洞庭湖洪水问题.     

长江上游与洞庭湖洪水遭遇规律研究

长江干流与支流洪水互相遭遇往往是形成长江流域特大洪水的原因之一。目前,长江三峡工程已经建成,该工程具有防洪、发电、航运、灌溉、供水和发展库区经济等巨大综合效益,特别是对中下游防洪安全有着特别重要的意义。为进一步优化三峡工程调度方案,充分发挥其巨大的防洪效益,本文从遭遇次数、遭遇时间、遭遇程度以及洪峰、洪量等角度,主要采用水文学分析法,重点研究了三峡以上的长江上游与洞庭湖不同量级的洪水遭遇规律。     

荆江-洞庭湖洪水演进模型和基本算法

针对荆江-洞庭湖复杂河网系统规模庞大、水流复杂的特点,建立了一、二维联算洪水演进模型,其中河道与湖区采用一维河网模型,分蓄洪区水流采用二维模型模拟.在建模中,模型提出了实时预报模式、河网断流计算模式、河道与分蓄洪区水量交换模式.该模型可用于长江干流、洞庭湖区河网及湖泊、分蓄洪区的洪水演进和防洪调度的水流仿真.     

长江上游与洞庭湖洪水遭遇天气概念模型研究

长江上游与洞庭湖洪水一旦遭遇,将会形成全流域性洪水或特大洪水,给流域各地区防洪减灾工作带来巨大考验。对1981~2012年间共30次长江上游与洞庭湖洪水遭遇过程进行了分析,建立了5类天气学概念模型。通过分别描述这5类模型的洪水特征、降水特征及天气系统演变特征,对洪水遭遇的天气学规律进行了更细致的研究,为进一步优化三峡水库调度方案提供了技术支撑。     

三峡运行后对洞庭湖洪水水位的影响

文章运用水力学模型和水文学模型结合的方法建立了洞庭湖和长江的水力模拟模型，并用此模型分析了三峡运行后对洞庭湖洪水位的影响，对洞庭湖的防洪规划，洪水预报具有重要的实际价值。     

三峡水库洪水调度对洞庭湖吞吐水量的影响

三峡水库中小洪水调度运用改变了长江中下游汛期的径流过程,这一方面使荆江三口分流入洞庭湖的水文边界条件发生了变化,另一方面也改变了长江对洞庭湖出流的顶托作用,导致洞庭湖的吞吐水量发生一定的变化,区域防洪形势也随之改变。以江湖河网水流数学模型为技术手段,以三峡入库与出库流量过程为边界条件,计算分析了三峡水库2009—2012年中小洪水调度对洞庭湖吞吐水量的影响。计算结果表明,三峡水库进行中小洪水调度期间,荆江三口分流量均有一定幅度的减少,长江干流及洞庭湖区水位均有所下降,洞庭湖的出流条件有所好转,能有效缓解荆江及洞庭湖区的防洪压力。     

荆江-洞庭湖洪水演进模型的率定和应用

在建立了荆江-洞庭湖洪水演进模型的基础上,着重讨论了建模过程中有关断面资料处理、阻力问题和内外边界条件给定的问题。采用实测资料对模型进行率定与验证,并对荆江特大洪水进行模拟调度,结果表明,模型能很好地描述洪水在荆江-洞庭湖河网区演进过程,可用于各种防洪调度方案的模拟试验,预测各种调度方案实施效果,对荆江洞庭湖防洪规划具有重要现实意义。     

洞庭湖蓄洪垸开闸蓄洪初步研究

1998年长江流域型大水后,洞庭湖部分蓄洪垸建成分洪闸,为湖区“控湖调洪”的蓄洪调度提供了有利条件;基于有限体积法(FVM)建立湖泊二维水力学计算模型,概化蓄洪区域,可以解决洪水来源复杂而蓄洪区个数多且分布广、边界条件各不相同、观测点不一致的空间变化问题。针对长江1996、1998、1999年等大洪水的情景模拟表明,以蓄洪垸开闸蓄洪达到控制外河外湖水位的目标是可以实现的。     

洞庭湖演变机理及地貌临界特征分析

为了认识和分析洞庭湖演变机理,对湖泊演变趋势进行合理预判,结合水文观测资料及动力地貌理论,将水沙运动和人为作用分别作为湖泊演变的内因和外因进行分析,并对洞庭湖的地貌发育及其阶段进行了探讨。论述了洞庭湖现代演变的地貌发育阶段及其临界阈值特点。结论表明,挟沙水流的输沙不平衡是影响洞庭湖演变的重要因子;洞庭湖地貌发育分为湖泊期、河湖两相期和洪道型湖泊期;泥沙输出比40%是西洞庭湖由幼年期向壮年期突变的临界阈值。     

基于一二维耦合技术的溃坝洪水模拟研究

以印度尼西亚巴丹托鲁水电站溃坝洪水模拟为例,对于地形条件复杂的河流,利用MIKE软件基于一二维耦合技术构建溃坝洪水计算模型,对拟定的溃坝工况进行数值模拟。建立的溃坝洪水一二维耦合模型适用于不规则计算域和地形,通过引入了新的动态耦合技术,避免了采用单一模型时遇到的计算效率、网格精度和准确性方面的问题。通过数值模拟得到了溃口流量过程和下游海滩地区洪水演进过程,并对下游敏感区域进行淹没影响分析。模拟成果为水电站工程设计、溃坝洪水风险分析和灾害损失评估提供了技术支撑。     

洞庭湖区防洪问题研究

自解放以来，洞庭湖区围湖垦殖、泥沙淤积，湖区面积衰减1727km^2。湖容萎缩126亿m^3。湖区洪水位抬高1．0m以上。下荆江裁弯后，三口萎缩加速，江湖关系发生重大变化，长江城螺河段河床淤积，水位升高，洞庭湖出口泄流不畅，湖区洪水位进一步抬升，防洪形势严峻，洪灾损失严重。解决湖区防洪问题的关键是减少超额洪水来量及降低城陵矶河床高程及水位，扩大调洪湖容，近期难以实现。采取在退田还湖的同时挖湖筑堤造台，提高防洪标准，让老百姓安居乐业；堵支并流与疏通河道，扩大调洪能力；实施干支流水库联合调度防洪及预留必要的设施完备的分蓄洪区，乃是解决洞庭湖区防洪的当务之急。     

Flood management of Dongting Lake after operation of Three Gorges Dam

Full operation of the Three Gorges Dam (TGD) reduces flood risk of the middle and lower parts of the Yangtze River Basin. However, Dongting Lake, which is located in the Yangtze River Basin, is still at high risk for potentially severe flooding in the future. The effects of the TGD on flood processes were investigated using a hydrodynamic model. The 1998 and 2010 flood events before and after the operation of the TGD, respectively, were analyzed. The numerical results show that the operation of the TGD changes flood processes, including the timing and magnitude of flood peaks in Dongting Lake. The TGD can effectively reduce the flood level in Dongting Lake, which is mainly caused by the flood water from the upper reach of the Yangtze River. This is not the case, however, for floods mainly induced by flood water from four main rivers in the catchment. In view of this, a comprehensive strategy for flood management in Dongting Lake is required. Non-engineering measures, such as warning systems and combined operation of the TGD and other reservoirs in the catchment, as well as traditional engineering measures, should be further improved. Meanwhile, a sustainable philosophy for flood control, including natural flood management and lake restoration, is recommended to reduce the flood risk.     

新形势下洞庭湖区一般垸治理思考

在洞庭湖区,通常一般垸由地方管理,多年来都没有安排建设,防洪能力偏低。近年来,一般垸内经济发展迅速,其较低的防洪能力与经济地位的提升极不相适应,迫切要求提高防洪标准以保证防洪安全。结合一般垸存在的问题,就洞庭湖区建设进行了初步探讨。研究认为:长江上游干支流控制性水电枢纽陆续建成后,长江中下游防洪形势将得到进一步改善,可为洞庭湖一般垸建设提供有利条件;一般垸建设应在满足长江防洪总体要求的前提下,妥善处理好行蓄洪与一般垸自身防洪保安、局部与整体、当前与长远等关系,因地制宜,分批建设,在生态保护和经济发展中寻找平衡点。研究成果可为一般垸规划建设提供参考借鉴。     

洞庭湖与三峡工程

三峡水库蓄水运用后,长江与洞庭湖的关系出现了新变化,深入研究江湖变化特性,有利于维护健康长江和洞庭湖防洪、供水与生态安全。辩证论述了洞庭湖在长江流域防洪、水资源利用、中游地区经济发展以及维护生态环境等方面的重要性,同时指出了三峡工程对于保障洞庭湖防洪安全的支撑作用。提出了加紧研究科学调整江湖关系的措施,加强研究三峡及干支流控制性水库群联合调度的方案,强化改善湖区水环境和维护湿地生态系统的管理理念。对于促进洞庭湖区的和谐发展与维护湖区生态安全,具有一定的指导意义。     

洞庭湖地形变化对洪水过程的影响研究

为了更好地理解地形变化对湖泊洪水过程的影响,采用已构建的长江-洞庭湖二维水动力模型,在洞庭湖2003及2011年实测地形的基础上,以2003年型洪水为例,定量分析了湖泊地形变化对洞庭湖洪水过程的影响。结果表明：2003—2011年洞庭湖超过40%的区域地形下降值大于0.10 m,特别是湘江洪道,其深泓线地形高程平均下降了5.72 m。通过对2003年洪水过程模拟发现,相比于2003年,在2011年地形情况下,以“四水”来流为主导的洪水过程中,南洞庭湖内洪峰水位下降超过0.40 m,西洞庭湖内洪峰水位下降约0.20 m,东洞庭湖内仅在南部地形变化较大区域的水位变化明显;斗米咀-城陵矶河段水面坡降变缓,南洞庭湖内洪道水面坡降变陡。而对于以长江来流为主导的洪水过程,由于长江洪水位的顶托作用,洞庭湖内洪峰水位下降了0.15 m,斗米咀-城陵矶河段及南洞庭湖内水面坡降下降不明显。因此,2003—2011年洞庭湖地形变化对“四水”来流型洪水影响较大,湖盆下切导致湖容增大,可有效缓解洞庭湖内防洪形势,但对长江来流主导的洪水影响较小。研究结果可为洞庭湖内疏浚扩容等防洪工程的开展提供参考。     

荆江河段地形变化对洞庭湖水文情势的影响

基于实测数据分析了荆江河段冲淤变化特征,采用数值模拟方法定量分析了三峡水库建库前后荆江河段地形变化对2008—2018年8—11月洞庭湖水文情势的影响。结果表明：荆江河道地形变化导致洞庭湖区8—11月水位下降,地形变化对洞庭湖区水位的影响程度随着与城陵矶距离增加而减弱;荆江河段和三口洪道冲刷下切削弱了长江与洞庭湖的水力联系,导致同样来水条件下荆南四河入湖和城陵矶出湖水量减少,从而间接降低了洞庭湖的调蓄能力;在枝城站来水一定的条件下,荆南四河分流量减少导致沙市—螺山河段的流量增加,同流量下螺山站中低水水位有一定的抬高。     

江湖关系变化条件下洞庭湖区撇洪工程对策研究

撇洪工程为洞庭湖区特别是四水尾闾地区重要的排涝设施之一。由于受江湖关系的变化和人类活动的影响,长江三口以及洞庭湖区泥沙淤积严重,导致洞庭湖区同流量下洪水位抬高、高洪水位持续时间延长;致使洞庭湖区撇洪工程自流外排机会减少、运行效率降低,撇洪河堤险情频繁出现,严重影响到了撇洪工程的运行安全。西洞庭湖区的常德市冲柳高水撇洪工程在洞庭湖区撇洪工程中具有一定的代表性,以该撇洪工程为实例,通过对比不同年代(20世纪70年代和21世纪初)的江湖关系变化条件下的撇洪工程运行效果,对其撇洪效果产生差异的原因进行了分析研究。根据分析结果,提出了适宜的应对措施及方案,即在撇洪工程出口处配套建设排涝泵站,同时,对该改造方案的排涝效果进行了论证和评估。研究成果可对类似地区排涝工程的规划设计提供借鉴和指导。     

Mathematical model for flood routing in Jingjiang River and Dongting Lake network

The main stream of the Yangtze River, Dongting Lake, and the river network in the Jingjiang reach of the Yangtze River constitute a complex water system. This paper develops a one-dimensional (1-D) mathematical model for flood routing in the river network of the Jingjiang River and Dongting Lake using the explicit finite volume method. Based on observed data during the flood periods in 1996 and 1998, the model was calibrated and validated, and the results show that the model is effective and has high accuracy. In addition, the one-dimensional mathematical model for the river network and the horizontal two-dimensional (2-D) mathematical model for the Jingjiang flood diversion area were coupled to simulate the flood process in the Jingjiang River, Dongting Lake, and the Jingjiang flood diversion area. The calculated results of the coupled model are consistent with the practical processes. Meanwhile, the results show that the flood diversion has significant effects on the decrease of the peak water level at the Shashi and Chenjiawan hydrological stations near the flood diversion gates, and the effect is more obvious in the downstream than in the upstream.