洞庭湖北部枯水位变化及其对闸泵供水影响分析

【目的】明确三峡工程运行后洞庭湖北部枯水期延长和枯水位下降对域内闸泵系统供水效率的不利影响,并评估洞庭湖北部分片补水二期工程建成后闸泵系统供水效率的恢复情况,为提出闸泵系统整改和新建方案,以及优化区域重大水资源配置工程规划提供决策依据。【方法】基于1988—2017年研究区主要水文/水位站的逐日水位数据,采用聚类分析、趋势检验等方法,研究三峡工程运行前后研究区枯水期持续时长及枯水位的变化趋势,对比分析洞庭湖北部分片补水二期工程建成前后各垸的水源结构、供水方式及闸泵供水效率的差异。【结果】在三峡工程运行后,研究区枯水期整体提前并延长1.4~13.7 d,枯水期平均水位下降约0.30~0.42 m;在分片补水二期工程实施后,不同供水水源的供水量将趋于均衡,平水年、枯水年和特枯年闸群的平均供水效率将分别提高2.8%、2.1%和12.9%,泵群的平均供水效率将分别下降74.2%、45.5%和47.3%。【结论】自三峡工程运行以来,研究区枯水期的水文情势发生了显著变化,分片补水二期工程的实施可较好地缓解区域缺水问题,建议后续可撤销该区域内低效闸泵,同时完善蓄水工程和跨垸调水工程。

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。

2022年洞庭湖区干旱特征分析与启示

2022年湖南省遭遇1961年有完整气象观测记录以来最严重的水文气象干旱,洞庭湖区也遭受了极端旱情影响。基于观测资料,文章分析了洞庭湖水雨情及主要特征,剖析了洞庭湖区旱情阶段情况及应对措施,科学总结了抗旱经验启示,提出了科学抗旱减灾及综合施策预防干旱的措施。同时也提到未来洞庭湖区抗旱减灾的重点,科学认识干旱的自然规律属性,统筹谋划提升抗旱能力的水利建设,科学调配和高效利用水资源,增强洞庭湖区水旱灾害防御能力。

基于GCT模型的洞庭湖一般垸划分

一般垸是洞庭湖特有的堤垸形式,但随着社会经济发展,各个一般垸的防洪保护对象已存在较大差异,急需进一步确定洞庭湖一般垸在防洪划区时所归属的类别,以制定相应的防洪措施。通过GCT图形几何变换,结合人口密度、每千米堤防保护人数、堤防等级、蓄洪损失、耕地面积、重要性参数,建立一般垸的防洪保护区、蓄滞洪区形状相似性判定模型,完成洞庭湖区230个一般垸划分。防洪保护区参考值6维雷达图的各项参数依次为900人/km2,0.46人/km,2级堤防,32元/m^(3),666.67 hm^(2)耕地,重要性2分;蓄滞洪区参考值6维雷达图的各项参数依次为600人/km2,0.18人/km,4级堤防,32元/m^(3),66.67 hm^(2)耕地,重要性1分。运用Matlab对数据进行归一化处理,将每一个一般垸的6项参数划为范围在1~5以内的无量纲,并绘制成6维雷达图,同时完成与防洪保护区参考值6维雷达图的相似性判定,判定结果为不相似的一般垸,继续与蓄滞洪区参考值6维雷达图进行相似性判定,仍然不相似的,判定为洪泛区。划分结果表明,防洪保护区67个、蓄滞洪区53个、洪泛区110个。通过对结果进行进一步分析,提出了模型修改意见与后续一般垸规划建议,为洞庭湖区一般垸拟开展的防洪保护区、蓄滞洪区、洪泛区划分工作提供了参考。

遥感与无人机技术在湖南省河湖管理中的综合应用

文章立足于湖南省“河长制”背景下的河湖管理工作现状,以遥感技术与无人机技术为抓手,通过研究两者在水利工程划界、“清四乱”、巡河工作中的综合应用,充分依靠科技手段,增强信息采集、处理、分析、决策能力,为解决湖南省河湖监管盲区、提升管理效率,实现河湖管理信息化与智慧化提供参考。

洞庭湖蓄滞洪区生态移民与城镇化建设策略研究与实践

随着经济社会的发展以及人口增加,洞庭湖蓄滞洪区的区内发展与防洪安全之间出现矛盾,在调研洞庭湖蓄滞洪区的基本情况和区内居民生活的基础上,初步提出提高洞庭湖蓄滞洪区生态移民安置标准,加强城镇规划设计与安全工程建设同步进行等策略,在保证防洪安全的同时又能促进安置区内经济社会的发展。

基于Landsat 8遥感数据的东洞庭湖湿地变化监测与分析

基于2013~2018年Landsat8-OLI 9个时相的遥感数据,采用湿地三类分级系统,以决策树分类法提取不同时间的湿地类型,结果表明:2013-2018年东洞庭湖湖泊草洲、泥滩地和水域面积呈现动态变化,其中草洲面积平均714km^(2)、泥滩地面积平均81km^(2)、水域面积平均502km^(2);湖区草洲和水体面积占比大,且此消彼长,草洲面积平均占比55.1%,水域面积平均占比38.7%,泥滩地面积最少平均占比仅6.2%;水位变化是湖区草洲出露面积的主控因素,随水位升高,草洲出露面积逐渐减小,且在典型高低水位下草洲空间分布差异明显,高水位下主要分布在南部柴下洲和北部藕池河一带地形较高区域,而低水位条件下湖区大部分草洲面积分布广泛,其面积占湖区总面积的74%。成果进一步验证了东洞庭湖不同水情下的湿地景观格局。

2013~2018年东洞庭湖水域面积变化遥感监测与分析

为研究新形势下洞庭湖的江湖格局变化情况,基于2013~2018年Landsat 8-OLI卫星9个时相的遥感数据,提取近期东洞庭湖水域面积时程变化特征,并利用已有的水位观测资料,建立了水域面积与城陵矶站水位之间的相关关系。结果表明:①2013~2018年东洞庭湖水域面积呈现动态变化,介于229.55~996.32 km^(2),平均502.00 km^(2);②年内汛期6~7月份水域面积最大,枯季水域面积则最小,空间分布上东洞庭湖沿湘江深水河槽以及湖区西北部较深的分叉型水槽为常年水体,其面积占比不足湖区总面积的20%;③东洞庭湖水域面积与城陵矶站水位呈显著正相关,相关系数可达0.96。水位变化是湖区水域面积变化的主控因素,研究成果进一步验证了洞庭湖涨丰枯退水情下的江湖格局。

洞庭湖北部地区多闸泵系统水资源优化配置模型及应用研究

【目的】研究洞庭湖北部地区科学合理的水资源优化配置方案,以期缓解该地区季节性和区域性缺水问题,提高区域水资源开发利用效率以及供水安全保障能力。【方法】以区域综合缺水率最小为目标,以垸和片区为基本配水单元,构建基于0-1规划的洞庭湖北部地区多闸泵系统水资源优化配置模型,模拟不同工况下区域水资源的供需关系,分析区域水资源优化配置方案及缺水时空特征。【结果】模型模拟结果表明:洞庭湖北部地区总缺水量较小,但存在明显的时空差异;安化垸、南鼎垸、集成垸、育乐垸以及和康垸缺水最为严重,现状条件下,特枯年(来水频率P=90%)的缺水率分别为70%、29%、29%、27%和20%;缺水时段主要为灌溉初期(4-5月)和灌溉末期(10月);考虑近期和远期的补水工程后,区域缺水范围大幅缩小,缺水时间大幅缩短,补水工程效益显著。合理性分析结果表明:各优化供水方案的供水总量均满足研究区域用水红线要求。【结论】现状条件下,洞庭湖北部地区季节性、区域性缺水严重,考虑近期和远期补水工程后,区域供需水矛盾得到缓解,基本实现水资源供需平衡。

湖南省河道采砂管理的实践与思考

河道砂石是河流生态系统组成中不可或缺的一部分,是实现河流湖泊水沙平衡的重要物质基础。随着社会发展,河道砂石作为可开采利用的自然资源,其需求日益加大。然而砂石一旦滥采乱挖,将严重损害河湖健康、威胁防洪安全,因此河道砂石规范化管理至关重要。湖南省水系发达且复杂,蕴含丰富的砂石资源,尤其是洞庭湖及四水尾闾的砂石资源储量大、质量优。文章阐述了湖南省河道采砂现状,总结当前采砂管理中存在的问题,主要在维护河湖健康、保护生态环境的基础上,提出了科学制定采砂规划、引入新兴科技手段用于采砂管理、强化砂石资源销售环节监管等措施,为强化湖南省河道采砂管理,实现河道砂石科学开采提供新思路。

洞庭湖区堤防特大管涌应急抢护案例分析与思考

堤防是最主要的防洪工程,基础渗流是堤防工程最为常见的现象。高洪水位时,砂基堤防渗漏严重,常发生渗透破坏,引发管涌险情,防汛风险极大。据洞庭湖多年汛期险情分析,堤防基础险情(管涌险情)占险情总数量50%以上。20世纪90年代以来,洞庭湖区堤防曾多次发生特大管涌险情,造成重大经济损失。因此,开展堤防特大管涌应急抢护技术研究十分必要。文章以2017年7月烂泥湖垸羊角堤段特大管涌险情发展变化、应急处置为例,结合洞庭湖区曾发生的特大管涌应急抢护实际,提出共性的观点,开展技术探讨。

四水及洞庭湖堤防标准化管理探索和思考

湖南省水系发达,堤防岸线长,管理任务重。管护资金不足以及管理水平相对落后,导致堤防管理质量差、成本高、隐患多,给防汛带来巨大的压力,甚至造成溃堤。文章在总结四水及洞庭湖堤防管理现状及问题的基础上,重点对“四水一湖”中不同水平堤防管理进行详细叙述,归纳总结出符合湖南省的堤防标准化管理体系,并对堤防管理向高水平的标准化和信息化发展进行探索。

关于湖南省河长制湖长制工作管理信息系统应用的思考及展望

“湖南省河长制湖长制工作管理信息系统”是湖南省为河长制湖长制工作开发建设的信息化协同办公系统,该系统的建设为湖南省河长制湖长制工作中数据报送、监督举报、巡河记录等日常工作提供了一套切实可行的在线办公解决方案,文章就实际应用提出几点展望及思考,对系统的下阶段建设与维护提供思路。

关于湖南水文化建设的现状及思考

习近平总书记2020年11月14日在主持召开全面推动长江经济带发展座谈会时强调:要把长江文化保护好、传承好、弘扬好,延续历史文脉,坚定文化自信。文章从水文化的定义、湖南水文化的现状入手,分析了制约湖南水文化发展的因素,提出了如何弘扬水文化。

变化环境下洞庭湖水资源演变规律及生态修复研究

洞庭湖是长江之肾,对长江流域的水资源、防洪以及生态安全具有不可替代的作用。三峡及上游梯级群运用,使洪水和泥沙受拦蓄,洞庭湖淤积速度减缓。但清水下泄致使干流河道逐年下切,入湖分流比持续下降,导致洞庭湖区涉水问题逐步凸显:河道水生生物通道性能减退;垸内水系连通性能变差;水环境、水生态功能受损等。因此,开展洞庭湖区河网水系、水资源、水环境的变化规律及生态修复的研究非常必要且十分重要。

高水头作用下饱和边坡破坏物质点法模拟研究

水是影响边坡稳定的重要因素之一,对于大变形的边坡破坏问题,难以使用有限元等网格方法进行分析,物质点法由于不受网格畸变影响,在模拟岩土大变形问题上有巨大的优势。为了探究高水头作用下,饱和边坡的破坏机理及其破坏行为,使用完全耦合的半隐式物质点算法来模拟饱和滑坡问题。通过一维自重固结模拟来验证物质点算法的正确性,模拟了二维饱和摩尔-库仑土块在高水压作用下其破坏过程,证明物质点算法能够准确捕捉水压及应力的发展过程。模拟了高水头作用下饱和边坡的破坏问题,结果表明,在7 m额外水头作用下,边坡发生整体破坏,由于上下土层的不连续性,破坏主要发生在上层土中,坡脚位移几乎为水平,最大位移约为5 m,坡面的最终位移与实验结果吻合。物质点算法能够较为准确地预测高水头作用下坡体的破坏行为。

七里湖孟姜垸采区砂石开采前后水力学特性分析研究

河道采砂管理是保护江河湖泊的重要内容,保持河道采砂有序可控,维护河湖健康生命,是河道采砂管理工作的根本宗旨。文章采用构建的二维水动力学模型,研究了孟姜垸开采前后水力学特性变化,对开采工程的整体水沙效应进行了探讨。

基于固结试验的Duncan-Chang参数反分析方法

土体变形计算通常需要用到Duncan-Chang参数,而中小型工程受制于成本或工期一般不会开展三轴固结排水试验而无法获取这些参数,为解决此类问题,首先,采用有限元软件Ansys建立土体标准固结试样模型并将其导入有限差分软件FLAC3D中;然后,根据标准固结试验加载顺序和步骤对试样进行模拟加载计算,并利用Fish语句编辑土体孔隙比、压缩系数和压缩模量的计算公式;最后,根据标准固结试验数值计算结果(e-p曲线)和最小二乘法优化算法,建立Duncan-Chang参数反分析方法。计算结果表明该方法是合理可行的,能够满足相关计算要求。

基于神经网络的轴流泵性能曲线拟合研究

针对轴流泵运转特性曲线,分别采用最小二乘法和神经网络方法,以2°、0°、-4°、-6°等4条曲线上的点作为训练样本集,以4°、-2°等2条曲线上的点作为测试样本集进行拟合精度分析。研究表明,神经网络在取值范围内(-2°线)、取值范围外(4°线)的预测值均方差分别为0.004和0.007,远高于最小二乘法拟合结果;最小二乘法仅在取值范围内(-2°线)的拟合数据相对较准确。

湘江典型河段采砂活动对河道演变影响研究

为了深入研究湘江河道采砂对河道演变影响机理,以湘江干流典型采区河段为研究对象分析了河道上游来水水沙特性和河道近期演变规律,预测了该河段的演变趋势,初步分析了采砂活动对河段河势、防洪、航道等的影响,最后提出了相关建议。研究表明:湘潭水文站多年(1950~2015年)来年均径流量为658亿m^(3),2016~2018年来年径流量整体上呈减小的趋势。多年来(1953~2018年)年均悬移质输沙量有增有减,但近年来减小幅度明显。采区局部河段内典型横断面2017年悬沙和床沙中值粒径均有不同程度的增大;近期(2003年3月至2017年11月)分析河段内除局部位置外岸线、深泓线平面位置整体相对较为稳定,洲滩及深槽随水文年不同发生冲淤变化,累计呈现冲刷。受采砂影响,原河道水沙平衡受到破坏,河道深泓左移。预计河道向右岸摆动的可能性较小,今后该河段河势及平面形态将处于相对稳定状态。目前,采砂局部河段河道演变仍处于调整变化过程中,尚未对防洪和航道造成明显不利影响。研究成果对于今后修编湘江河道采砂规划和加强湘江采砂管理具有较大的意义。