水系连通变异下长江荆南三口水资源态势及调控方案

发布时间：2020-03-23 11:22

【摘要】：河湖水系连通与水资源安全是目前水科学研究的热点之一。为查明荆南三口地区河湖水系连通与水资源的关系,筛选水资源安全战略措施,运用数理统计、系统动力学等数学方法从水系连通视角探讨水系连通变异下水资源态势及基于水资源安全的调控方案,取得如下的研究成果:(1)1956-1989年荆南三口地区水系连通度呈下降趋势,总降幅达23.88%,1990-2017年水系连通度总体呈缓慢上升趋势,总涨幅不到0.5%。1989年为水系连通度的最小值,是该地区水系连通的变异点,研究时段分为两个时期:1956-1989年(水系连通变异前)和1990-2017年(水系连通变异后)。(2)水系连通变异后该地区水资源时空差异显著。变异后,水资源量呈显著下降趋势,年均线性递减率约为7.39×10~8 m~3/a,汛期锐减趋势明显,但汛期水资源量越来越集中,约占全年总量的70%,促使枯水期水资源量匮乏,藕池河东支断流持续5个月,年均水资源量减少208.32×10~8 m~3;丰枯交替变化的时间周期缩短1~13a,最强周期震荡时间尺度由28a减小为15a,振荡次数增多1~3次。空间上,水系连通变异后,松滋河西支、虎渡河、藕池河西支下降趋势显著,下降程度存在差异,藕池河东支断流天数延长,达到267天。(3)水系连通变异后该地区水文干旱特征明显。变异后,水文干旱现象年均发生次数增加到1.22~2.7次,水文干旱历时平均值增加约1个月,三口五站水文干旱强度平均值增加值分别为104.53×10~8 m3、57.58×10~8m3、80.75×10~8m3、18.15×10~8m3、105.91×10~8m3,水文干旱峰值平均值呈增长趋势;变异后水文干旱特征二维联合重现期缩短,相同单变量重现期干旱历时时长更长,干旱强度更大,峰值更高;2006年(枯水年),三口地区五站的缺水量分别为13.82×10~8m3、5.08×10~8m3、6.50×10~8m3、14.2×10~8m3、9.81×10~8m3。(4)水系结构、水系连通度与水资源的之间存在相互影响、相互制约的关系。水系结构各参数和水系连通度之间的皮尔逊相关系数在0.76~0.88,水系连通度值在0.0138~0.1857范围内,水系连通度与河长、水面率、河频率、河网密度、河网发育系数、水系分维系数等水系结构参数呈线性增长趋势;水系连通度与水资源的皮尔逊相关系数为0.78,水系连通度与水资源呈线性增长趋势。(5)根据DYNAMO语言,运用Vensim分析软件构建荆南三口地区水资源安全调控系统动力学模型,通过模拟现状延续型、资源节约型、经济发展型、综合协调型四种方案,结果表明综合协调型近远期水资源供需差额分别为-1.44×10~8m3、-0.93×10~8m3,水资源量有盈余,远期总人口比现状延续型、资源节约型分别多3.36万人、5.11万人,工业产值分别多55.28亿元、55.72亿元,第三产业工业产值分别多2.06亿元、34.08亿元,牲畜量分别多32.05万头、41.58万头,农田灌溉面积分别多17.12万亩、17.49万亩,实现水资源效益最大化,且该方案综合评价值最高,方案四为该地区水资源安全调控最优方案。综合协调型是实现该地区水资源安全的模式。(6)提出基于水资源安全的综合协调发展具体措施:实施水系连通工程与水源工程,建立“多源互补、丰枯调剂”的供水工程管理体系,产业结构调整与升级,水资源各行业间合理配置,实现农业高效节约用水,提高国民经济用水效率,提高污水回用率、工业用水重复利用率。
【图文】：

点分布,河系,水文站,示意图

10图 2-1 荆南三口河系示意图及主要水文站点分布过上述分析可以看出，荆南三口五河的河网结构为网状水系。长江干流三口分泄水流向南入洞庭湖，主干支流区分不明显，支流均匀分散，水和缓，河道交织成网，形成网状水系。1956-2017 年荆南三口水系发育一化和主干化，水系分维数、河流长度、河网密度、河流数目、水面育系数、河网复杂度均呈下降趋势[146-147]。行政区域南三口河系流经公安县、石首市、华容县、安乡县、南县等行政区域，石首市 2 个行政区域水资源受长江荆江段影响大，，荆南三口河系径流量现季节性断流现象，导致水资源短缺或旱灾，影响最为严重的地区是华乡县[39]。因此，本文中荆南三口地区主要包括华容县、安乡县、南县三

连通度,水系

势有什么规律？水系连通度序列变化趋势是否出现突变等问题是目前水科学研究领域重视的议题之一。签于此，本章从计算水系连通度入手，分析荆南三口地区水系连通度演变特征，揭示演变规律与驱动因素，对水系连通度序列变化趋势进行突变分析，有利于寻求水系连通度与水资源态势、水文干旱及缺水响应的研究结合点，为揭示水系连通度与水资源之间的内在联系提供支撑。3.1 水系连通度演变特征基于河流自然属性、社会属性的水系连通性评价方法，选出河网中河段的长度、河段的重要程度、过水能力、过水能力指数等参数，构建水系连通性函数，充分考虑了河道的自然与社会两个属性。首先，利用水系结构特征和各河道的自然属性，划分河道等级，其次，根据各河道的社会属性，由公式（2-2）计算得到各河道的重要程度，最后，由式（2-3）、式（2-1）计算获得 1956、1978、1989、2008 和 2016 年 5 期荆南三口水系连通度，并计算和分析出整个研究时段的水系连通度（图 3-1）。
【学位授予单位】：湖南师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV213.4

【参考文献】