武澄锡虞区河湖水系连通与水安全保障研究的思考

武澄锡虞区是近年来太湖流域内城镇化进程最快的典型区域之一,社会经济发达、洪涝矛盾突出、水环境压力大。随着区域社会经济发展与生态文明建设的不断推进,对河湖水系连通的水安全保障需求越来越高。为此,以武澄锡虞区作为研究对象,在分析武澄锡虞区高城镇化进程及其影响的基础上,从保障防洪安全、促进水环境改善两个方面梳理了研究区河湖水系连通与水安全保障实践及需求;同时根据流程分析结果,提出了河湖水系连通与水安全保障的研究思路。研究成果可为该区域以及其他类似区域的研究提供借鉴。

基于Copula函数的武澄锡虞区雨潮组合风险分析

沿海城市的洪涝问题除了受降水等因素的影响外,还与潮位变化密切相关。为此,基于武澄锡虞区1951~2019年的日降雨资料和江阴站1951~2019年的逐日潮位资料,采用P-Ⅲ型分布函数作为边缘分布函数,根据K-S检验和Anderson-darling检验对其进行检验,根据离差平方和准则法择优选出Frank-Copula函数构建武澄锡虞区雨潮遭遇联合分布,定量计算了研究区域不同重现期组合的年最大15d降水和相应潮位遭遇的风险率。结果表明,重现期为10年一遇的15d降水遭遇重现期为2年一遇的相应潮位时同现和防涝风险率均很高,且随着设计标准的提高,雨潮遭遇组合的风险率逐步降低。该研究结果为武澄锡虞地区的洪涝灾害防治问题提供了新思路。

调水改善武澄锡虞区河网水质效果评估

为了探索从长江引水改善太湖水质的方法,进行了通过调水改善武澄锡虞河网水质的试验。调水试验是通过连通长江和太湖的望虞河上的水利控制工程以及相关的水利枢纽进行,共实施进行了3种试验方案。试验中,对武澄锡虞区河网的水质变化情况进行了监测。通过监测资料分析,发现3种调水方案中的方案一对水质的改善情况最好,因此,推荐方案一为调水改善武澄锡虞区水质的运行方案。

城镇化背景下太湖流域武澄锡虞区降雨-水位响应关系

太湖流域快速城镇化、水利工程等人类活动对流域及区域水文特性产生了深刻影响。文章以快速城镇化的武澄锡虞区为例,基于1952—2020年逐日降雨、水位观测资料,通过分析降水强度—水位增长速率关系和退水速率等,揭示变化环境下该地区降雨过程中水位的变化特征及可能的驱动因素。结果表明:(1)变化环境下武澄锡虞区近69 a降雨量、平均水位、年最高水位均呈增加趋势,年最高水位的变化趋势更为明显,且于2007年左右发生明显突变;(2)通过对地区降雨过程中水位增长速率和退水速率的变化分析发现,突变后较突变前涨水速率和退水速率有所提高,说明近年来水利工程等设施的完善和有序调度使得武澄锡虞区的排洪能力有所提高。

太湖平原武澄锡虞区水系结构及水文连通性变化分析

河网水系在太湖平原地区水源供给、洪涝排泄、水质净化过程中发挥着重要作用,但近几十年来该地区城镇化迅速,土地利用改变、水资源过度开发等人类活动导致河网水系衰减,水文连通受阻,并引发一系列洪涝与水环境问题。为此,以太湖平原武澄锡虞区为例,构建水系结构与连通性评价指标,分析该地区1960s~2010s水系结构和水文连通性变化特征。研究表明该地区:(1) 1960s~2010s水系不断衰减,武澄锡虞区河网密度、水面率、河网发育系数分别降低了22.94%、25.09%和22.35%,河网复杂度急剧下降,其中武澄锡区河网衰减程度大于澄锡虞区。(2)水文连通性存在先下降后上升发展趋势,1960~1980年,该地区的平均水文连通性为0.89,1980~2000年平均水文连通性降至0.82,2000~2016年平均水文连通性恢复到0.91。(3)城镇化发展导致水系结构大幅度衰减,水系结构主干化以及水利工程建设使得水文连通性下降,而疏浚、拓宽河道在一定程度上可提高区域水文连通性。本研究将为平原区水系利用与保护提供一定的支持与参考。

望虞河西控工程对区域防洪影响研究

为研究望虞河西控工程建设对区域的防洪影响,构建了武澄锡虞区水文-水动力河网模型,考虑区域遭遇50、100年一遇设计暴雨,望虞河西控工程未建与建成的工程组合模拟工况,分析了无锡(大)、青阳和走马塘等典型断面的水位变化情况。结果表明,在遭遇50、100年一遇设计暴雨工况下,望虞河西控工程建成运行后,无锡(大)、走马塘和青阳的水位高于望虞河西岸未受控工况,各站点水位峰值分别抬升3.4、23.8、5.2、4.1、31.8、6.7cm,锡澄地区向望虞河的排水量分别减少5058万、6867万m^(3);望虞河西控工程的主要影响区位于望虞河西岸附近,且区域遭遇的降雨量越大,影响程度越明显,该研究为类似区域防洪提供参考借鉴。

江河湖连通的太湖上游河网水流运动规律探索

太湖流域水流运动复杂,摸清太湖上游地区来水情况,对于保障太湖水安全具有十分重要的现实意义。通过数值模拟的方法,研究了太湖上游区和长江、太湖的水量交换特征及水流运动特性。结果显示,在现有水利工程调度运行下,湖西区总体以入太湖和入武澄锡虞区为主,但京杭运河以南部分河道常年倒流,同时,无锡城区调水引流和梅梁湖泵站引水抬高了运河无锡站水位,导致运河向东泄水不畅,水流向南并倒流入湖西区,最终进入太湖。

平原河网区水利工程调控下水文连通变化

在水利工程建设及其人为调度的影响下,平原河网水系连通程度发生了巨大变化。为此,针对平原河网区水文连通难以模拟的问题,在现有水系结构连通的基础上,将水利工程的运行纳入水文连通的评价体系,提出一种适用于平原河网区水利工程调控下的水文连通评价指数(SLCI)。该指数从水闸通过概率、水流分流能力及河网连通程度,从点—线—面分尺度逐步评价不同调度规则下汛期与非汛期水文连通的动态变化。并且,该指数以格网为评价单元,结合反映地理要素空间集聚性的Getis-Ord Gi*指数,相比行政单元、水利片区等大尺度评价单元,能够更精细地描述水文连通空间上的分异性。太湖流域武澄锡虞区是一个典型的平原河网区,本指数在该区域进行了应用,得到以下结果:受到水闸调控的作用,武澄锡虞区非汛期时平均水文连通指数为0.66,汛期时平均水文连通指数则为0.50。另外,非汛期时水文连通集聚空间范围比汛期时高5%。其中,非汛期与汛期连通高值区SLCI值分别为0.93与0.87,低值区SLCI值分别为0.25与0.16。本文提出的水文连通评价指数可为有关部门开展长三角地区水系建设工作提供理论支撑,也为开展人为调控下平原河网区水文连通评价提供新思路。