大型浅水湖泊对南水北调东线的水文效应研究
发布时间：2020-06-18 09:10
【摘要】：南四湖是我国北方最大的淡水湖泊,流域面积31700km2,周边高程在36.79m以下的滨湖区地势低洼,涝水自排困难,区域内入湖河道坡降小,湖泊高水位对河道内水位顶托严重,滨湖区排涝对湖泊水位响应剧烈。南四湖正常蓄水位下平均水深1.5m,是典型的浅水湖泊,湖泊水位是南四湖流域水资源及洪涝管理的关键因子。南水北调东线工程通过13级泵站逐级提水,连通高邮湖、洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖五大天然湖泊,旨在从长江下游取水,向黄淮海平原东部和山东半岛补充水源。南四湖作为南水北调东线工程的重要调蓄节点,既是受水区又是输水区,按照南水北调东线工程总体规划,调水期为非汛期(10月到次年5月)。自2013年南水北调东线工程运行以来,山东半岛遭遇大旱,水资源供需形势趋紧,多次在汛期实施应急调水。考虑到东线工程沿线区域经济社会快速发展对水资源的刚性需求和环境变化引发极端水文事件频繁增加,突破规划,在汛期利用东线工程实施应急调水,来缓解山东半岛等受水区水资源短缺矛盾,将趋于频繁。南四湖流域地处中国南北气候过渡带,汛期旱涝急转现象时有发生,加之湖泊平浅,滨湖洪涝灾害与湖泊水位响应敏感,为洪涝灾害多发地区。因此,模拟分析南水北调东线工程在“常规调度”与“应急调水”条件下的南四湖水位及滨湖地区洪涝特性变化,以及调水对南四湖水位、湖泊水面和流速分布时空变化的影响,揭示大型浅水湖泊对调水扰动的水文效应,是强化南水北调东线工程科学管理与受水区重要工程科学调度的基础,成为当前亟待回答的重大科技问题。为回答上述问题,本文以南四湖及滨湖区为研究对象,构建了湖泊～入湖河道～滨湖洼地一、二维耦合水动力学模型,模拟了南四湖不同水位条件下滨湖区受涝情况,定量分析了湖泊流域受涝面积对湖泊水位变动的响应规律;模拟分析南水北调东线工程“常规调度”与“应急调水”两种条件下,遭遇不同暴雨条件下的南四湖滨湖区涝灾演变规律;模拟了南水北调工程按规划调水的第一个月对南四湖水位、湖泊水面和流速的影响。主要成果与结论如下:(1)构建了南四湖～入湖河道～滨湖洼地一/二维耦合水力学模型,该模型既能较好地模拟滨湖区涝水经泵站提排入河,再由入湖河道进入南四湖的动态过程,亦能很好地模拟区域内二级坝、排涝泵站等不同建筑物的调度行为。利用2007年7月和2008年7月发生的实际洪水对模型进行了率定与验证,通过对比南阳、马口、二级湖闸(下)、微山四个站点实测与计算的水位过程,表明模型具有较高的模拟精度和良好的泛化能力。(2)模拟分析了南四湖流域发生5年、10年和20年一遇暴雨条件下湖泊水位与滨湖区受涝面积的关系。结果表明:流域内遭遇上述3种量级设计降雨,设置上级湖初始水位33.5m、下级湖水位31.8m时,滨湖区内淹没水深大于10cm区域面积分别为777.8km2、875.5km2、965.0km2,淹没水深大于50cm区域面积分别为44.4km2、126.2km2、200.1km2。较上级湖初始水位33m、下级湖水位31.3m的情景,分别增加1.4%～16.63%和6.94%～36.12%;上级湖初始水位34m,下级湖水位32.3m情景较上级湖水位33.5m下级湖初始水位31.8m情景,受涝面积相对增加量分别在2.37%～3.44%和13.12%～51.02%。可见湖泊水位变幅相同时,初始水位越高,滨湖区受涝面积增加越大;滨湖区淹没深度大的区域较淹没水深小的区域面积增加更为显著。(3)以2003年作为典型年,研究了南水北调东线工程汛期应急调水对南四湖流域受涝情况的影响。结果表明:汛期应急调水使2003年南四湖滨湖区淹没水深大于10cm和50cm的区域面积分别增加了3.04%和13.32%。应急调水情景下,二级坝枢纽提前4天开始下泄,相较于不调水情景,共多下泄了2.49亿m3的水量。加强降雨预报准确性及预见期是提高调水安全的重要措施。(4)以东线工程输水期(10月至次年5月)多年平均水位作为不考虑调水时南四湖初始水位,以南水北调工程规划的南四湖调蓄水位作为调水情景初始水位,模拟了研究区内遭遇不同设计暴雨时的内涝过程,模拟过程中调水泵站开启。结果表明,降雨量为5年、10年、20年一遇情况,调水导致滨湖区淹没水深大于10cm的面积分别增加了 32.53km2、33.01km2、13.26km2,增加幅度在1.4%～1.63%之间;淹没水深大于50cm的区域面积分别增加了36.12km2、11.13km2、6.94km2,增幅在19.11%～36.12%。受调水影响,研究区内提前2小时出现重涝区域。(5)以2001年为典型年,模拟研究了东线工程按规划输水的第一个月(10月份)对南四湖水位、湖泊面积、流速变化过程的影响。结果表明:东线工程的调水,逆转了2001年10月份南四湖水面逐日下降的趋势,调水进行1个月后,上级湖水位较不调水情况下提升了0.46m,使上级湖水位高于多年平均水位的天.数增加了 28天;南四湖下级湖水位较不调水情况下增加了0.7m,水位低于最低生态水位的天数减小了 16天。东线工程对南阳湖及昭阳湖航道附近流速增加较大,对南阳湖与独山湖、昭阳湖与微山湖连接处水面面积及流速影响最为显著。
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV68;P33
【图文】：
逡逑四湖流域概况如图２－１所示。逡逑南四湖周围滨湖洼地主要指地面高程在３６．７９ｍ以下地区，总面积约３９６９ｋｍ２，逡逑这些区域地势平缓低洼，受湖泊水位的顶托影响，自排困难，涝水基本由泵站提逡逑排入河（湖），由于湖内水体渗透，滨湖区地下水位基本在地面高程下０．２？０．３ｍ逡逑左右，降雨下渗少，产流量大，南水北调工程运行以后将进一步提升滨湖区地下逡逑水位。逡逑１１５°邋０’（广东逦０＊０＂东逦１邋丨邋７°邋０？０？东逡逑逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦逡逑Ｎ逡逑Ａ逡逑ｏ’（Ｔ北－逦－３６ｎ逡逑；３５r>——逡逑▲sE逡逑—芏费河淹逡逑３．ｒ邋0，0＊北－Ｌｉ＾．n锁以下戒焌－他逦－３．ｒ邋ｏ，（Ｔ」ｔ逡逑１逦１m谟蚍躲蹂义希椋椋椋颍铩铮⒍危酰蝈澹铩婀鉕嗗巍迹保贰＃铩铮宥义贤迹玻蹦纤暮饔蚋趴鐾煎义希玻澹采缁峋酶趴鲥义夏纤暮饔蚰诠舶ㄉ蕉⒔铡⒑幽稀不账氖」玻常哺鍪小⑾丶扒Ｉ藉义隙〖媚谢纺纤暮植迹兴星鼐诹饔蚍段冢苊婊梗罚玻保耄恚玻煎义狭饔蜃苊婊模常埃罚
本文编号：2719022
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV68;P33
【图文】：
逡逑四湖流域概况如图２－１所示。逡逑南四湖周围滨湖洼地主要指地面高程在３６．７９ｍ以下地区，总面积约３９６９ｋｍ２，逡逑这些区域地势平缓低洼，受湖泊水位的顶托影响，自排困难，涝水基本由泵站提逡逑排入河（湖），由于湖内水体渗透，滨湖区地下水位基本在地面高程下０．２？０．３ｍ逡逑左右，降雨下渗少，产流量大，南水北调工程运行以后将进一步提升滨湖区地下逡逑水位。逡逑１１５°邋０’（广东逦０＊０＂东逦１邋丨邋７°邋０？０？东逡逑逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦逡逑Ｎ逡逑Ａ逡逑ｏ’（Ｔ北－逦－３６ｎ逡逑；３５r>——逡逑▲sE逡逑—芏费河淹逡逑３．ｒ邋0，0＊北－Ｌｉ＾．n锁以下戒焌－他逦－３．ｒ邋ｏ，（Ｔ」ｔ逡逑１逦１m谟蚍躲蹂义希椋椋椋颍铩铮⒍危酰蝈澹铩婀鉕嗗巍迹保贰＃铩铮宥义贤迹玻蹦纤暮饔蚋趴鐾煎义希玻澹采缁峋酶趴鲥义夏纤暮饔蚰诠舶ㄉ蕉⒔铡⒑幽稀不账氖」玻常哺鍪小⑾丶扒Ｉ藉义隙〖媚谢纺纤暮植迹兴星鼐诹饔蚍段冢苊婊梗罚玻保耄恚玻煎义狭饔蜃苊婊模常埃罚
本文编号：2719022
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shuiwenshuili/2719022.html
