环境变化下长江荆南三口径流变化特征检测与归因分析

依据长江中游荆南三口河系1951—2014年实测原型水文气候资料,在分析环境变化的基础上,定量分解不同时间尺度气候因素和人类活动对径流量变化影响的贡献率。结果表明:(1)以荆南三口及周边地区降水量减小,长江干流来水量逐期减少,水位降低,荆南三口河系断流天数呈波动性增加为标志的环境变化导致了荆南三口河系径流逐期减少;(2)荆南三口河系径流量在长时间序列上呈波动性增减变化,而在不同时间尺度上却呈逐期减少趋势。径流量与降水量变化的突变年份均为1958年,1972年和1998年;(3)以1951—1958年为基准年,1959—1972年,1973—1998年,1999—2014年3个时段降水量波动对径流量变化影响的贡献率依次为26.71%,2.9%,7.05%,人类活动(主要是重大水利工程)对各时期径流量变化影响的贡献率分别为73.29%,97.10%,92.95%。

荆江典型河湾河势变化三维数值模型

分别建立了三维水沙数学模型及考虑纵向坍塌范围的二元结构河岸崩塌力学模型,并将两者结合,建立了荆江典型河湾河势研究的三维数值模型。基于非正交网格采用局部网格可动技术处理由崩岸引起的河道摆动过程。模型采用有限体积法对方程进行离散,采用与动量插值技术相结合的SIMPLEC算法进行模型求解。对石首河湾进行了模拟研究,模拟结果表明,模型能够较好地模拟出蜿蜒河道的水沙运动规律,成功地复演了石首河湾1996年10月—1998年10月期间剧烈的河势变化(主、支汊易位及河道摆动等)过程,实测结果与模拟结果吻合较好;其中河岸坍塌是该河段河势变化剧烈的主要原因之一。

荆江河段崩岸机理及多尺度模拟方法

三峡工程运用后,进入荆江河段的水沙条件大幅度改变,导致近期崩岸频繁发生,影响局部河段的河势稳定及河道防洪安全。荆江段河岸组成一般为上层黏性土、下层沙土的二元结构,在近岸水流冲刷及河道水位涨落过程中受多种因素作用而发生崩塌。以往崩岸模拟考虑因素少,且相关参数难以量化确定。将河流动力学与土力学结合,提出了荆江段河岸土体物理特性与抗剪、抗冲及抗拉强度三大力学特性的量化指标,建立了上、下荆江二元结构河岸稳定性的计算方法,揭示了坡脚冲刷、潜水位变化等因素对岸坡稳定性的影响;提出了河岸崩退过程的多尺度模拟方法,将崩岸力学模型与水沙数学模型耦合,不仅能模拟河道内水沙输移及床面冲淤过程,而且还能模拟不同二元结构河岸的崩退过程。将建立的模型应用于荆江河段典型断面、长河段及局部河段的崩岸过程模拟,计算结果与实测值总体符合较好。提出的多尺度模拟方法为荆江崩岸预测提供了理论与技术基础。

荆南河网衰退机理研究

本文分析了近50年来荆江三口分流分沙的变化规律;从荆江与洞庭湖的演变、下荆江裁弯、葛洲坝和三峡水库的蓄水运用以及城陵矶站水位抬高等方面分析荆南河网衰退的原因。研究结果表明,江湖关系变化调整与三口分流道泥沙淤积是荆南河网衰退的根本原因;下荆江裁弯、洞庭湖面积与容积的减小、葛洲坝和三峡水库的蓄水运用以及下荆江河势控制工程等加速了荆南河网衰退的进程。

水利工程对长江荆南三口水系结构变化的影响

利用1954、1975、1990、2008和2016年5期长江荆南三口水系图进行解译,并运用灰色关联度模型定量评价区内外水利工程对水系结构变化的影响。结果表明:①近60多年来,荆南三口在水系结构一般特征上,河流数量由264条缩减为132条,河流长度由2183.6km缩短为1560.6km,河频率与水面率分别由0.084条/km2、17.45%减小为0.042条/km2、14.33%;在水系结构发育特征上,河网密度、面积长度比和河网发育系数由1954年的0.687km/km^2、3.96km/km^2、6.902,依次减小为2016年的0.475km/km^2、3.17km/km^2、4.165;从分形特征上看,三口水系4个河区的分维数都在1.5~2.0之间波动,但均呈下降趋势。这表明随着水利工程的不断建设,荆南三口水系自然发育过程受到严重干扰;②水系结构特征变化受水库总库容影响最大,内部水利工程次之,外部水利工程影响最小,各项指标的灰色关联度均大于0.5。其中,区外水利工程与河频率、水面率、河网密度、河网发育系数、分形维数的灰色关联度分别为0.5718、0.5922、0.5858、0.5771、0.6340;区内水利工程数量与各项指标的灰色关联度分别为0.6325、0.6527、0.6465、0.6306、0.6937;水库总库容与各项指标的灰色关联度依次为0.7070、0.7294、0.7226、0.7127和0.7284。③水利工程对水系结构的影响在不同时段呈现出不同的状态,在不同时期水利工程相继运行的叠加影响下,水系受到水利工程影响逐渐增大,水系结构逐步呈现简化趋势。

江南水乡古镇旅游开发战略初探——浙江乌镇实证分析

我国长江以南地区分布着为数众多的水乡古镇,它们多以水建镇,以水成市,创造了人类与自然和谐相处的居住环境,具有较高社会学、经济学、历史学、古建筑学等方面研究价值。20世纪80年代以来,水乡古镇旅游日益受到人们青睐,并已成为华东地区旅游的特色品牌之一。然而,随着旅游的发展,一些问题也逐渐暴露出来。浙江乌镇历史悠久,人文荟萃,为浙江省历史文化名镇。其优美的人居环境、深厚的文化底蕴,体现了较高的资源品味;优越的地理区位、精品战略和高投入高产出战略的实施,使得乌镇旅游开发在较短时间内取得了巨大的成功,经济、社会效益显著,知名度迅速扩大,乌镇也因此成为旅游界一匹异军突起的“黑马”,其发展倍受国内外游客及历史文化界人士的瞩目。同时由于开发历史较短,乌镇旅游开发还存在着旅游产品单一、缺乏亮点和特色、社区参与不够、旅游设施难以满足旅游快速发展的需要等现实问题。鉴于此,对江南水乡古镇旅游开发战略进行了初步探讨。

大兴安岭成矿研究新进展——西拉木伦河南岸Mo多金属成矿带的发现

近年来,在华北地台北缘外带的加里东褶皱带上,沿西拉木伦河南岸呈现一条延长200km的以钼为主的多金属成矿带,有望成为我国继小秦岭、燕辽之后的重要钼多金属成矿带。对成矿带内三个典型矿床的初步研究表明,成矿主要与燕山期岩浆活动有关。鉴于该成矿带研究基础薄弱,提出了进一步深入研究工作的建议。

基于Matlab的下荆江二元岸坡崩塌过程动态模拟

三峡水库运行后下荆江河段冲刷下切,局部失稳崩岸频繁发生。针对下荆江河段概化的上粘下砂二元岸坡,文章推导了崩塌土体坡脚堆积掩护公式,结合下部砂土层冲刷计算与上部悬空粘土层稳定性分析,同时考虑水位、土体性质、岸坡形态等随时间的耦合变化,利用Matlab编程建立了岸坡崩塌分析模型;应用该模型动态模拟了下荆江二元河岸崩退过程,与现场实测符合良好;在此基础上,探讨了不同水位变化模式对二元河岸崩塌过程的影响。研究结果表明:水位下降期较之水位上升期上部粘土层更易发生绕轴崩塌;水位变化至两土层交界面附近时是岸坡崩塌的最危险时期;与未考虑坡脚掩护相比,考虑掩护后落、涨水期的坡脚累计冲刷距离分别减少约45%和17%。

宋至清荆江南岸分流四口的演变

在历史时期荆江地区的经济开发与江湖关系的演变历程中,分流诸口是极其重要的影响因素。以宋至清的志书为主要资料,立足于历史学的实证方法,以今荆江南岸存在的4个分流穴口,即虎渡口、调弦口、藕池口和松滋口为主要对象,考察四口在宋元明清时期的分塞情况,并对今人存在的一些认识进行了辨析。其中,虎渡河的形成时间说法不一,南宋以后,虎渡口逐渐形成稳定分流。调弦口自元代大德年间开浚后时开时塞,直至清朝才基本保持分流,1958年调关设置后此口渐废。藕池口早在五代时即已存在,北宋以后湮塞,直至1852年藕池堤溃不筑,藕池河再次形成。松滋河则在1869年以前由于黄家埠堤溃决而形成。研究表明,宋代以降,四口的分塞情况较为复杂,因此,考察荆江穴口分流与湮塞的历史变迁,厘清以往的相关歧见,将有助于更正确、客观地理解今天的人地关系、江湖关系的格局及其走向。

云贵川大坡度梯田形成原因探析——以红河南岸哈尼梯田为例

本文通过深入哈尼族地区调查 ,接合历史资料 ,分析了红河南岸哈尼梯田形成的文化背景和自然背景 ,认为哈尼梯田的形成是必然的 。

2021年长江荆江河道再查勘与治理新认识

对长江荆江河道进行了再查勘,初步提出了河势变化、崩岸护岸、河道治理、岸线利用以及航道航运等荆江治理的新认识与对策建议。荆江河床仍处于剧烈演变之中,洞庭湖口侵蚀基准面作用不断增强;上荆江岸线近期有停止崩塌甚至出现淤积的变化趋势,下荆江出现同一洲滩岸线崩塌与淤积分界现象;荆江护岸与护滩作用与效果十分有限,荆江“调整河床”治理措施的实施与研究有待加强;荆江岸线利用工程普遍存在利用率不高和侵占河道严重等问题,建议实行岸线利用工程数量与长度总量控制;三峡—葛洲坝船闸“压船”问题十分严重,初步构思的“三峡—荆江新运河航道”具有航运、水资源利用与防洪等综合功能和效益。荆江治理是长江治理保护的重要内容,具有样板与示范效应;建议持续加强荆江河道监测与科学研究,密切关注荆江河势演变与治理保护。

江南城市滨水景观艺术意象探究

滨水景观在当今城市规划中的地位越来越重,特别是江南的水环境的建设。本文通过意象分析、滨水景观艺术性的分析、城市色彩意象分析与人文意象分析,初步探求出在江南城市滨水景观中应该将斑块和廊道与城市色彩在设计中灵活运用,并加以整体规划,更好地建设我们江南的城市滨水景观,达到可持续发展。

基于静态程度的荆南三口地区水资源短缺变化分析

为了探究相对丰水地区水资源短缺程度,构建水资源短缺程度评价指标体系,采用突变级数法对长江荆南三口地区水资源短缺静态程度进行评价,以静态程度为基础,信息集结视角和变化速度激励为手段,提出融合变化速度状态测度与变化速度趋势测度的水资源短缺程度动态综合评价模型。结果表明,该地区2003年~2015年水资源短缺静态程度不严重,均为基本不缺水类型,但区域内存在差异;耦合水资源短缺程度变化速度状态测度与变化速度趋势测度的动态综合评价模型能够表征区域出现水资源短缺风险的概率及揭示短缺程度变化的速度原因。

下荆江七弓岭弯道崩岸机理研究

三峡水库蓄水以来,下荆江末端七弓岭弯道颈口上下游河岸的崩岸速率加快,极有可能发生崩岸型颈口裁弯,导致下荆江河道强烈冲刷和河势横向调整。采用水文资料、遥感影像、野外调查和BSTEM数值模拟相结合的方法,分析了七弓岭弯道60余年平面形态变化,颈口上下游的崩岸速率及主控因素,揭示其崩岸过程与机理。七弓岭河段河岸上层为密集的芦苇根系,剪切式和悬臂式崩岸兼有,上游侧崩岸速率约为12.5 m/a,上游颈口处崩岸速率大于八姓洲其他部位,而下游侧略有淤积。考虑到潜水位变化和坡脚冲刷作用,在持续相同流量条件下比实际水位流量过程的崩岸速率更大。

元江南岸稻作聚落的多尺度人居环境效应研究

针对稻作聚落研究的学科分野,本文从不同尺度的人居环境要素切入,以元江流域、大瓦遮河子流域、少数民族聚落3个不同尺度的“嵌套”空间为研究对象,通过贯穿多尺度的多学科方法,旨在阐明多尺度空间的典型特征及其对人居环境的影响。研究表明,研究区的流域层面具有“山水-水水平行”的空间特征与“均衡分布”效应,子流域层面以垂直分异的空间特征形成“分层异构”效应,聚落层面表现为各民居聚落差异化的“异质格局”效应。研究结论如下:不同尺度的“嵌套”空间之间通过人-地互动得以紧密联系;不同尺度的人居环境的“分辨率”存在显著差异,必须采用贯穿多尺度的多学科研究方法。

荆南三口流域水系连通性变化对水资源开发利用的影响

为了探讨水系连通性对荆南三口流域水资源开发利用的影响,采用Mann-Kendall趋势检验法分析1965—2017年长江荆南三口河系水位演变情势和径流量变化特征,重点剖析了水系连通性对三口地区水资源量、水文干旱、不同河系水资源开发利用的影响。结果表明:荆南三口流域特征水位变化趋势显著,年平均水位降低,不利于水资源开发;荆南三口流域多年平均径流量变化幅度大,水资源开发利用难度增大;荆南三口流域水文干旱次数呈增长趋势,干旱历时增长,水资源短缺问题严峻;荆南三口流域年径流量地区分配不均衡,年际相差大,对流域内水资源开发利用极为不利。

三峡水库蓄水长江荆南三口地区水资源利用效率及驱动因素

三峡水库蓄水必然会对大坝下游、地区江、湖的水资源开发利用及生态经济效应产生较大影响。本文选用数据包络分析(DEA)和Malmquist指数,根据长江荆南三口地区5个市州2000—2016年的面板数据,对荆南三口地区的水资源利用效率进行评估,并在此基础上运用Tobit模型剖析水资源利用效率的影响机制。结果表明:(1)总体而言,三口地区水资源利用效率呈上升趋势,但岳阳、益阳、荆州3市受三峡水库蓄水运行影响,水资源利用效率多年平均值较蓄水前分别下降了13.04%,20.37%和12.45%。(2)三口地区内部水资源利用效率呈现出一定的空间分异。水资源利用水平从高到低依次为宜昌、常德、岳阳、益阳和荆州,超效率DEA多年平均值分别为2.239,1.212,1.046,0.808和0.604;良好的社会经济水平有利于该地区应对三峡水库蓄水产生的负面效应。(3)自然资源禀赋、社会经济水平和产业结构是优化水资源利用效率的主要驱动因素,调整生产要素投入规模是在既定技术水平下提升水资源利用效率的最直接手段。人均GDP和第一产业在地区生产总值中所占比例与水资源利用效率呈负相关关系,而水资源总量的增加有利于水资源的合理利用。

荆江门弯道近期滩槽演变特点及影响因素分析

三峡水库运用改变了下泄水沙条件,坝下游弯曲河型均呈现“凸冲凹淤”演变规律,以致碍航问题日益突出。为研究弯曲河型滩槽演变特点及其成因,以下荆江河段荆江门弯道为例,利用三峡蓄水后近15 a实测地形资料,采用逻辑推理及统计分析方法分析其影响因素并预测了航道变化趋势。结果表明:三峡工程运用后,凸岸边滩年际间呈持续冲刷趋势,冲刷位置不断下移导致河段展宽引起航道条件恶化;在平滩流量(20000~25000 m3/s)持续时间>15 d的年份,凸岸边滩冲刷后退,反之淤长;冲淤幅度与年均来沙量,尤其细沙(d≤0.125 mm)含量密切相关,基本呈同步变化趋势;荆江一期工程实施后,在当前水沙条件下凸岸边滩会继续受冲,形成枯水双槽,航道条件将恶化。水沙过程的改变是弯曲河型滩槽演变的主要原因,遇大水且来沙量较少的年份,荆江门河段很可能出浅碍航,这可为下荆江弯曲河段航道治理提供一定的参考价值。

下荆江熊家洲河段平面形态与河床冲淤变化

熊家洲河段位于长江中游下荆江尾端,其平面形态从顺直过渡到微弯再逐渐演变成S型,是目前荆江最为弯曲的河段。受水沙条件、河岸边界条件、自然裁弯和人工裁弯等因素影响,局部河势调整频繁。熊家洲凸岸斜槽裁弯形成新河槽,导致主流与支汊成为共生的分汊河势,改变了熊家洲出口段水流条件,进而影响下游七弓岭弯道崩岸速率和河床冲淤。为全面分析熊家洲河段平面形态演变过程和河床冲淤变化,选取枯水期遥感影像数据及沿程代表性断面进行分析。结果表明:熊家洲河段整体向下游蠕动且河道展宽,熊家洲弯道新生河槽呈冲刷扩大趋势,7 a平均展宽70 m;出流沿程断面深槽从左岸向右岸方向发展,熊家洲下游的深泓线偏向右岸;三峡水库建成运行后,深泓线开始贴近七弓岭凸岸,而原深槽回淤形成2个沙洲,经过七弓岭弯顶后逐渐向凹岸偏移,出熊家洲弯道后河道沿程呈现冲刷下切趋势。研究成果对目前该段河势控制工程的实施提供了参考意见,为下一步研究三峡水库运行的河势控制提出了思路。

水系连通功能变异下荆南三口流域径流特征

为了探究水系连通功能对流域径流的影响,以荆南三口流域为研究对象,运用模糊综合评判法对水系连通功能进行评判,采用月径流占年径流百分比、年内分配不均匀系数、Morlet小波分析、Sen′s slope等方法,定量分析了水系连通功能变异下荆南三口流域径流特征变化。结果表明:(1)荆南三口流域水系连通功能由1956年为Ⅰ级变为1989年为Ⅲ级再到2008年Ⅱ级,2016年保持为Ⅱ级,1989年为水系连通功能变异年,变异前后河道断流率等指标存在差异,变异后大于变异前。(2)水系连通功能变异下荆南三口流域月径流占年径流百分比更加集中在丰水月份,年内分配不均匀系数增加,表明径流年内分配更加不均匀,易造成旱涝灾害。(3)水系连通功能变异下径流序列演变过程存在的周期变化尺度由3~6 a,7~18 a,22~32 a变为3~6 a,7~8 a,9~12 a,13~16 a,第一主周期缩小12~13 a、第二主周期缩小3~4 a、第三主周期缩小1~2 a,径流丰枯震荡次数增加1~4次,表明荆南三口流域径流发生丰枯交替的频率明显。(4)水系连通功能变异下荆南三口流域径流趋势变化发生不同程度的改变,松滋河西支、松滋河东支、虎渡河径流、藕池河西支减少趋势显著,松滋河西支减弱速率较快,松滋河东支、藕池河西支减弱速率减慢,虎渡河径流减弱速率稍增加,藕池河东支无显著变化。