三峡水库调度运行对洞庭湖水位的影响研究
作者单位：大连理工大学
学位级别：硕士
导师姓名：丁伟
授予年度：2022年
学科分类：081504[工学-水利水电工程] 08[工学] 081501[工学-水文学及水资源] 0815[工学-水利工程]
摘 要：洞庭湖是中国重要的淡水湖泊,也是国际重要湿地,湖区水资源的丰富程度对区域内的环境和经济效益具有显著影响。近年来,随着气候变化和长江干支流水资源的开发利用,湖区水位发生变化。尤其是三峡水库建成蓄水以来,洞庭湖水位下降、面积骤减,尤其在三峡水库汛末蓄水阶段,湖区出现枯水期提前、枯水时段延长、水位下降明显等现象。针对洞庭湖水位改善问题,相关研究得到大量开展,但是现有研究主要集中于利用相关模型模拟三峡水库不同下泄流量对洞庭湖整体水位的影响,或是通过优化三峡水库调度方式来对洞庭湖全年水位进行改善,针对水位下降较为严重的汛后蓄水期考虑的不多,且三峡水库调度对洞庭湖各个湖区水位的分区影响研究地不够细致。针对上述问题,本研究提出以洞庭湖各个湖区水位在蓄水期越高越优为目标的三峡水库生态调度方案,对三峡水库调度规则进行优化。并搭建荆江-洞庭湖一二维耦合水动力模型以精细化地模拟三峡水库不同下泄流量对洞庭湖各个湖区水位的影响,最终对三峡水库生态调度方案进行评估和优选。主要研究内容及成果如下:(1)运用M-K趋势分析法和5年滑动平均法对三峡水库运行后洞庭湖各个湖区的水位在年际、三峡水库年内不同调度运行期以及年内各月的变化情况进行分析,并从江湖水量交换情势变换层面对洞庭湖水位的变化原因进行浅析。结果表明,三峡水库运行后,洞庭湖各个湖区的水位在年际变化上均呈现下降趋势,其中西、南洞庭湖水位下降趋势显著,东洞庭湖水位下降趋势不显著,水位年际下降值以南洞庭湖最大、西洞庭湖次之,东洞庭湖最小;在三峡水库年内不同调度运行期内,仅东洞庭湖在供水期内水位上升,其余时段洞庭湖各个湖区水位均有所下降,其中以汛末蓄水期水位下降最大,且距离长江越近的湖区,受到的影响越明显;年内各月变化为,洞庭湖各个湖区水位在1-3月有所升高,5-12月有所下降,以东洞庭湖水位下降最大、西洞庭湖次之,南洞庭湖最小;三峡水库运行后,洞庭湖的入出湖径流均有所减少,年内各月以7-10月下降较多,其中三口径流减少比例最大,为20.11%。(2)DEM作为MIKE水动力建模的重要基础数据资料,其质量的好坏对模型的精度有直接的影响,但现存的DEM存在难于获取或数据质量不一等情况。针对上述问题,本研究利用洞庭湖水域边界随水位快速变化的特点,基于哨兵遥感影像数据和洞庭湖历史水位数据,利用泛克里金插值方法对洞庭湖的DEM进行提取。并以现存的洞庭湖非水体区域的DEM数据作为基准,从中随机选取5000个验证点对所提取的DEM进行精度评定。结果表明,92.8%的误差控制在-1m-1m内,认为本次所提取的洞庭湖DEM精度可靠。(3)为了精细化地评估三峡水库不同下泄流量对洞庭湖各个湖区水位的影响,搭建荆江-洞庭湖一二维耦合水动力模型。其中一维模型范围上始枝城下至城陵矶,共包含35个长江干流断面,二维模型涵盖整个洞庭湖区,一二维模型在南咀以及城陵矶两处进行耦合。模型搭建后,一维模型选取枝城、沙市、监利、三口测站,二维模型选取鹿角、营田、杨柳潭测站,以真实值和模拟值的确定系数r越大越好为指标对模型进行率定。结果表明,一维模型的确定系数r均在0.95以上,二维模型的确定系数r均在0.8以上,认为本研究所搭建的荆江-洞庭湖一二维耦合水动力模型精度较好,能够满足精细化模拟三峡水库不同流量下洞庭湖各个湖区水位变化的需求。(4)针对洞庭湖水位在蓄水期下降较大的情况,本研究以洞庭湖各个湖区水位在蓄水期越大越优为目标构建三峡水库生态调度模型,对三峡水库调度规则进行优化。其中,将9月30号起蓄的方案称作方案1,将9月10号起蓄的方案称作方案2,将现状调度方案称作方案3。根据三峡水库调度规则得到不同生态调度方案下的三峡水库下泄流量值,然后基于前期搭建的荆江-洞庭湖一二维耦合水动力模型对方案1、方案2下的洞庭湖各个湖区的水位进行精细化模拟,最终对方案1、方案2和方案3进行优选。结果表明,本研究提出的生态调度方案2无论在多年、还是在丰平枯不同典型年下均表现最优,所以方案2作为本研究的优选方案。
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