洞庭湖河湖疏浚對洪水位影響分析

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1、洞庭湖河湖疏浚對洪水位影響分析摘要：洞庭湖是長江中游的重要調(diào)蓄湖泊，但由于接納湘、資、沅、澧四水和長江三口洪水、泥沙，造成淤塞河道湖泊泥沙淤積，洪水位抬高，加重湖區(qū)的防洪負(fù)擔(dān)、造成嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。根據(jù)洞庭湖河湖疏浚規(guī)劃和典型河段疏挖竣工資料，運(yùn)用水力學(xué)和水文學(xué)方法對疏浚前后洪水位的變化進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：洞庭湖疏浚洪水位影響1問題的提出洞庭湖作為長江中游的調(diào)蓄湖泊，不僅是長江中下游防洪體系中的重要組成部份。它不但具有調(diào)蓄江河徑流、發(fā)展航運(yùn)、漁業(yè)和為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供豐富水資源等多種用途，而且對調(diào)節(jié)湖區(qū)氣候和生態(tài)平衡也起著重要作用。由于洞庭湖接納湘、資、沅、澧四水和長江的松滋河

2、、虎渡河、藕池河三口，每年有大量的泥沙進(jìn)入洞庭湖，其中約四分之一左右的泥沙由城陵磯注入長江，四分之三則淤積在洞庭湖，1975年與1952年比較，七里湖平均淤積達(dá)4m以上，南洞庭湖淤積近2m，東洞庭湖淤積近1m。由于泥沙淤積，造成四口洪道多呈淤積萎縮態(tài)勢，湖內(nèi)洲灘滋長、蘆柳叢生、滯流阻水嚴(yán)重，進(jìn)而加速泥沙淤積，并有惡性循環(huán)之勢。而且由于湖泊萎縮使得水系紊亂，相互頂托干擾。這些問題導(dǎo)致洞庭湖區(qū)調(diào)蓄容積減少、洪水位不斷抬升、江湖關(guān)系改變，加重湖區(qū)的防洪負(fù)擔(dān)、造成嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。因此，加強(qiáng)洞庭湖區(qū)河道整治、實(shí)施河湖疏浚工程、調(diào)整部分河段的河勢、改善水流條件、穩(wěn)定河床、減少泥沙淤積

3、、延長河道壽命是非常迫切的[1~4]。目前洞庭湖河湖疏浚規(guī)劃已經(jīng)完成，包括湘、資、沅、澧四水尾閭和松滋河、藕池河、南洞庭湖、東洞庭湖、汩羅江等疏挖總工程量達(dá)33876.40×104m3，目前為止已經(jīng)付諸實(shí)施的有約4067.91×104m3。為了客觀地反映河湖疏浚對洞庭湖防洪減災(zāi)實(shí)際效果和作用，必須準(zhǔn)確分析疏浚后的洪水位降低效應(yīng)。2河湖疏浚對典型河段的洪水水位影響分析2.1水力學(xué)方法　　水力學(xué)法的主要思路是運(yùn)用洞庭湖水動力學(xué)模型，在同樣的來水條件下，分別計(jì)算疏浚前后（地形和糙率不同）洞庭湖疏浚影響區(qū)的洪水水位，通過對水位差值的比較，得出疏浚對河湖洪水水位的影響。洞庭湖水系

4、中，四水及長江三口控制斷面以下無流量站控制，區(qū)間面積約占洞庭湖水系總面積的20%，與洞庭湖洪水的形成密切相關(guān)。本研究洪水演算采用SMS（地表水模擬系統(tǒng)）水力學(xué)模型，區(qū)間的產(chǎn)流計(jì)算采用SSARR（河流綜合預(yù)報(bào)與水庫調(diào)度模型）水文學(xué)模型[2]。2.1.1原理SMS模型(SurfaceodelingSystem)是美國陸軍工程兵團(tuán)開發(fā)的水力學(xué)模型。該模型通過求解二維完全圣維南方程組，求解出計(jì)算時(shí)間內(nèi)整個(gè)研究區(qū)域的水位、流量及二維X、Y方向的水流速度。其顯著優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)一二維水力學(xué)模型的結(jié)合，這使得我們在建模時(shí)可將河道概化為一維單元，湖泊等寬廣水面概化為二維單元，實(shí)現(xiàn)一、二維水

5、力學(xué)模型的有機(jī)結(jié)合。SMS模型是一個(gè)二維淺水方程，方程形式為：上式中：h——研究水體的水深(m)；u、v——水體在X、Y兩個(gè)方向上的流速；ρ——水體密度；X、Y、T——分別為時(shí)間和空間上的坐標(biāo)；E——水體渦度系數(shù)；E下標(biāo)XX表示水面X方向的渦度系數(shù)；下標(biāo)YY表示水面Y方向的渦度系數(shù)；下標(biāo)XY、YX表示水面切變方向的渦度系數(shù)；G——重力加速度；A——河底高程；N——滿寧系數(shù)；ζ——分向切變系數(shù)；Va——風(fēng)向切變系數(shù)；Ψ——風(fēng)向；ω——地球旋轉(zhuǎn)的角速度；ø——所在地的緯度；SSARR模型是一種概念性河流系統(tǒng)水文預(yù)報(bào)數(shù)學(xué)模型，由美國陸軍工

6、程兵團(tuán)河流預(yù)報(bào)中心20世紀(jì)70年代中期研制。它認(rèn)為降雨徑流模型實(shí)質(zhì)上是一個(gè)扣損曲線流域模型，在流域內(nèi)的降雨輸入可以轉(zhuǎn)化為徑流、土壤含水量的增加和流域蒸散發(fā)損失三部分。某一計(jì)算時(shí)段的徑流RGP為流域面平均降雨AsoNormalstyle="TEXT-INDENT:52.5pt">RGP=ROP×AsoNormalstyle="TEXT-INDENT:21pt">考慮蒸散發(fā)的各月份變化規(guī)律和雨強(qiáng)對徑流及蒸散發(fā)的影響。利用土壤水分指數(shù)SMI和徑流百分?jǐn)?shù)的關(guān)系，土壤含水量～蒸散發(fā)關(guān)系，確定土壤水分的最大值SMI，計(jì)算各個(gè)時(shí)段的徑流量。根據(jù)水量平衡原理土壤含水量-徑流關(guān)系可用下式表

7、達(dá)：SMI2=SMI1+M1+R0-ET1式中：SMI2——時(shí)段末的土壤含水量指數(shù)；SMI1——時(shí)段末的土壤含水量指數(shù)；M1——時(shí)段內(nèi)的土壤水分輸入；R0——時(shí)段內(nèi)的產(chǎn)生的徑流；ET1——時(shí)段內(nèi)的蒸散發(fā)指標(biāo)。對于某一時(shí)段來講，土壤含水量除直接與徑流產(chǎn)生有關(guān)外，其值的大小一定與時(shí)段內(nèi)的蒸發(fā)指標(biāo)有關(guān)，其關(guān)系可由下式描述：SMI2=SMI1+(AsoNormal>式中：soNormalstyle="TEXT-INDENT:31.5pt">RGP——時(shí)段內(nèi)降雨產(chǎn)生的徑流量；ETI——日蒸發(fā)量；DKE——日蒸發(fā)按降雨條件和土壤含水