洞庭湖區(qū)復(fù)雜防洪系統(tǒng)數(shù)值模擬模型研究與應(yīng)用.pdf

1、洞庭湖是我國第二大淡水湖泊，位于長江中游南岸，是歷史上長江中下游遭受洪災(zāi)最嚴(yán)重的區(qū)域之一。三峽工程建成以后，荊江河段的防洪形勢得到了根本性的改善，同時(shí)也緩解了洞庭湖區(qū)的防洪壓力，但洞庭湖區(qū)洪源多、各路洪水易發(fā)生遭遇的基本格局并未改變。同時(shí)，隨著自然變遷以及大量圍墾造田等人類活動的影響，洞庭湖湖面面積與容積一直處于減小狀態(tài)，湖盆的萎縮抬高了湖區(qū)的同流量水位，增加了洪災(zāi)的威脅。面對洞庭湖區(qū)的防洪研究的實(shí)際需求，構(gòu)建復(fù)雜防洪系統(tǒng)數(shù)值模型，科學(xué)

2、化、系統(tǒng)化、定量化地分析洞庭湖區(qū)的防洪形勢，研究洞庭湖區(qū)的防洪措施，很有必要也很有意義。
　　 洞庭湖區(qū)河道及湖泊覆蓋面積大，區(qū)內(nèi)河網(wǎng)縱橫交錯(cuò)，汊點(diǎn)密布，江、河、湖互相串通，水流相互頂托，流向往復(fù)不定，同時(shí)，區(qū)內(nèi)修建了各種防洪工程措施抵御洪水的侵襲，給洞庭湖區(qū)的復(fù)雜防洪系統(tǒng)的構(gòu)建增加了難度。為此，本文研究了復(fù)雜防洪系統(tǒng)數(shù)值模擬的理論方法和模型構(gòu)建，首次實(shí)現(xiàn)了洞庭湖區(qū)復(fù)雜防洪系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)洪模擬，分析了各防洪措施對洞庭湖區(qū)的防洪作用

3、，揭示了洞庭湖區(qū)的防洪形勢。主要研究內(nèi)容如下:
　　 (1)分析復(fù)雜防洪系統(tǒng)的基本元素，針對各基本元素的水流運(yùn)動特征，提出了滿足河道行洪、蓄洪區(qū)分洪、水庫蓄洪以及水工建筑物調(diào)洪模擬功能的復(fù)雜防洪系統(tǒng)數(shù)值模型的總體結(jié)構(gòu)。為了能精確反映江、河、湖之間的水流交換以及防洪系統(tǒng)各基本元素對水流運(yùn)動的影響，根據(jù)各基本元素的模擬需求，分別給出了河道、湖泊、分蓄洪區(qū)、水庫、水工建筑物各部分的基礎(chǔ)理論。
　　 (2)針對洞庭湖區(qū)的洪水特征

4、，構(gòu)建了洞庭湖區(qū)復(fù)雜防洪系統(tǒng)數(shù)值模型，模擬范圍涵蓋長江中下游干流、洞庭湖區(qū)、鄱陽湖區(qū)、長江中下游40處分蓄洪區(qū)、三峽水庫以及洞庭湖區(qū)以防洪為主的水庫群、松滋口閘門以及虎渡河南閘。其中，河網(wǎng)和湖泊分別采用一維和二維水動力模型模擬，并將兩者耦合;在處理數(shù)量眾多的分蓄洪區(qū)時(shí)，將其概化為具有蓄水功能的小水庫，利用閘門控制蓄洪區(qū)的啟用;水庫分布在整個(gè)模擬范圍的上游，將水庫調(diào)節(jié)后的水流過程作為復(fù)雜防洪系統(tǒng)數(shù)值模型的上邊界輸入;系統(tǒng)中水工建筑物主要涉

5、及控制蓄洪區(qū)分洪的閘門以及調(diào)節(jié)水流的控制閘，分蓄洪區(qū)控制閘的開啟方式，以河道的分洪控制水位為目標(biāo)，調(diào)節(jié)水流的閘門則通過設(shè)置運(yùn)行調(diào)度規(guī)則，實(shí)現(xiàn)水流調(diào)節(jié)。
　　 (3)基于復(fù)雜防洪系統(tǒng)數(shù)值模型，在不啟用分蓄洪區(qū)的前提下，模擬了三峽水庫運(yùn)用前、三峽水庫按荊江補(bǔ)償調(diào)度、三峽水庫按城陵磯補(bǔ)償調(diào)度3種情景下，遇1954年型洪水和1998年型洪水，荊江以及洞庭湖區(qū)水位與流量過程，分析了三峽水庫對荊江和洞庭湖區(qū)的防洪作用。同時(shí)，模型通過啟用各地

6、區(qū)的分蓄洪區(qū)，計(jì)算了長江中下游地區(qū)超額洪量的分布，分析了三峽水庫運(yùn)用后，荊江河段和洞庭湖區(qū)的防洪形勢。
　　 (4)基于并聯(lián)水庫群聯(lián)合調(diào)度理論，構(gòu)建了澧水水庫群聯(lián)合調(diào)度模型，分析了水庫群聯(lián)合調(diào)度對澧水洪水的削峰作用?；诙赐ズ^(qū)復(fù)雜防洪系統(tǒng)數(shù)值模型，模擬了長江洪水經(jīng)三峽水庫調(diào)蓄后、澧水洪水經(jīng)江埡和皂市水庫聯(lián)合調(diào)度后，松澧地區(qū)各水文站的水位過程，分析了澧水水庫群聯(lián)合調(diào)度對松澧地區(qū)的防洪作用，通過對比最高水位與保證水位的關(guān)系，揭示了