鄱陽(yáng)湖水利樞紐調(diào)度對(duì)湖區(qū)枯期水位與流速影響.docx

1、文章編號(hào)：1001-4179(2013)17-0018-04鄱陽(yáng)湖水利樞紐調(diào)度對(duì)湖區(qū)枯期水位與流速影響企啟輝，甘踱，海中蹤（長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院規(guī)劃處，湖北武漢430010）摘要：通過(guò)充分考慮郵陽(yáng)湖與長(zhǎng)江之間的相互作用、湖區(qū)區(qū)間匯流對(duì)水動(dòng)力的作用以及湖區(qū)復(fù)雜的河湖交替形態(tài)，采用江湖連通一、二維極合水文-水動(dòng)力模型，研究了郵陽(yáng)湖水利樞紐調(diào)度對(duì)湖區(qū)枯期水位與流速的形崎。結(jié)果表明：樞紐調(diào)度減小了湖區(qū)枯期流速，但其對(duì)流速的影響主要集中在星子-都禺一帶（松門山以北區(qū)域）；另外，樞妞調(diào)度抬高了湖區(qū)枯期水位。分析成果可為三峽水庫(kù)運(yùn)行后江湖關(guān)系變化及影響的研究提供參考。關(guān)鍵詞：調(diào)度方式；水位；流速；枯水期；

2、鄢陽(yáng)湖水利樞紐中圖法分類號(hào)：TV697.il文獻(xiàn)標(biāo)志瑪：A收稿日期：2013-05-03基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐項(xiàng)目“三塊水摩運(yùn)用后江湖關(guān)系變化及其影響研究"（2012BAB04B04）作者簡(jiǎn)介：余啟輝，男，高級(jí)工程師.主要從事防洪規(guī)劃與設(shè)計(jì)工作。E-mail：yuqihui.鄱陽(yáng)湖是我國(guó)目前最大的淡水湖泊，它承納贛江、撫河、信江、饒河、修河及博陽(yáng)河、漳田河、潼津河等小支流之來(lái)水，經(jīng)調(diào)蓄后由湖口注入長(zhǎng)江，是一個(gè)過(guò)水型、吞吐型、季節(jié)性的湖泊。鄱陽(yáng)湖區(qū)略似葫蘆形，以松門山為界，分為南北兩部分。南部寬廣、較淺，為主湖區(qū)；北部狹長(zhǎng)、較深，為入江水道區(qū)。全湖最大長(zhǎng)度（南北向）173km,東西平均

3、寬度16.9km,最寬處約74km,入江水道最窄處的屏峰卡口寬約2.8km,湖岸線總長(zhǎng)約1200kmo湖盆自東向西、由南向北傾斜，高程一般由10m降至湖口約-1m。鄱陽(yáng)湖湖底平坦，最低處在蛤蟆石附近，高程為-12m以下；灘地高程多在10-16m之間，鄱陽(yáng)湖區(qū)示意圖見(jiàn)圖1（高程基面為黃?；妫?。鄱陽(yáng)湖區(qū)枯期（每年9月至次年3月）水文特征變化顯著：湖水落槽、湖灘顯露、湖面縮小、蜿蜒一線、比降增大、流速加快。興建鄱陽(yáng)湖水利樞紐并采用調(diào)枯不調(diào)洪的調(diào)度方式將改變湖區(qū)枯期水文特征，-31o本文以鄱陽(yáng)湖水利樞紐調(diào)度對(duì)湖區(qū)枯期水位與流速的影響為研究重點(diǎn)，采用江湖連通一、二維耦合水文-水動(dòng)力學(xué)模型，并充分考慮鄱

4、陽(yáng)湖與長(zhǎng)江之間的相互作用、湖區(qū)區(qū)間匯流對(duì)水動(dòng)力的作用以及湖區(qū)復(fù)雜的河湖交替形態(tài)，研究了不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)樞紐調(diào)度前后湖區(qū)圖1鄱陽(yáng)湖區(qū)示意枯期水位與流速的變化，并初步描述了其變化規(guī)律。1枯期水位與流速特征鄱陽(yáng)湖區(qū)枯期水位變化受五河和長(zhǎng)江來(lái)水等因素的多重影響，不同年份枯期水位變化明顯，圖2為鄱陽(yáng)湖星子站歷年日平均、最高、最低水位過(guò)程線（一般以星子站為鄱陽(yáng)湖區(qū)水位特點(diǎn)的代表站），可以看出：進(jìn)入910月份，受長(zhǎng)江穩(wěn)定退水影響，湖區(qū)水位持續(xù)下降，年最低水位主要出現(xiàn)在12月至次年2月，出現(xiàn)頻率為94.5%（其中12月為36.4%,1月為34.5%）。圖3為星子站2009年10月至2011年9月水位與流速過(guò)程線，

5、可以看出：星子站枯水期流速在0.3-1.2m/s之間變化，一般來(lái)說(shuō)，水位越高，流速越小。83閭/（年-月-日）圖3星于站2009年10月至2011年9月流速與水位過(guò)程線2鄱陽(yáng)湖水利樞紐調(diào)度方式鄱陽(yáng)湖水利樞紐項(xiàng)目建議書推薦閘址位于鄱陽(yáng)湖入江水道的長(zhǎng)嶺-屏峰山斷面，上距星子縣城13km,下距湖口站27.9kmo根據(jù)調(diào)枯不調(diào)洪的原則，鄱陽(yáng)湖水利樞紐調(diào)度方式擬定為如下。（1）敞泄期。3月底、4月初至8月31日，泄水閘門全部敞開(kāi)，江湖連通。（2）蓄水期。9月115日，當(dāng)閘上水位高于15m時(shí)，泄水閘門全部敞開(kāi)；當(dāng)閘上水位降到15m時(shí)，減少閘門開(kāi)啟孔數(shù)，按五河和區(qū)間來(lái)水下泄，水位維持15m；若閘上水位低于1

6、5m,在泄放滿足航運(yùn)、水生態(tài)與水環(huán)境用水流量的前提下，最高蓄水至15mo（3）消落期。9月15日至9月30日，調(diào)整閘門開(kāi)啟孔數(shù)，閘上水位消落至14.50m；至10月10日，閘上水位消落至14.00m；至10月20日，閘上水位消落至13.00m；至10月31日，閘上水位消落至11.50m左右；在消落過(guò)程中若外江水位達(dá)到閘上水位，則閘門全開(kāi)；至11月底，閘上水位消落至10.00m左右。（4）波動(dòng)期。12月1日至次年3月底、4月初，根據(jù)最小通航流量、水生態(tài)與水環(huán)境用水等需求，保證至少有1孔閘門全開(kāi)，控制樞紐下泄流量，使閘上水位基本維持在10.0m左右；當(dāng)湖區(qū)生態(tài)需要時(shí)，水位可在10.0-10.5m之

7、間波動(dòng)。在此期間，若外江水位達(dá)到10.5m,則閘門全開(kāi)。3研究方法3.1一、二維水動(dòng)力學(xué)模型及研究范圍采用一、二維耦合水動(dòng)力模型模擬鄱陽(yáng)湖區(qū)枯期水位與流速特征，將一維模型下邊界流量計(jì)算結(jié)果作為源項(xiàng)輸入到二維模型網(wǎng)格中，同時(shí)，二維模型計(jì)算得出的水位反饋到一維模型的邊界中，二者同步計(jì)算，顯式連接。為了準(zhǔn)確模擬鄱陽(yáng)湖與長(zhǎng)江之間的水流交換，模型范圍取漢口-大通區(qū)間，包括鄱陽(yáng)湖區(qū)及五河尾閭。其中，一維模型包含漢口至大通的長(zhǎng)江干流，以及贛河、撫河、信河、饒河和修河五河七口控制站（外洲、李家渡、梅港、渡峰坑、虎山、虬津和萬(wàn)家埠）至入湖口區(qū)間河道，鄱陽(yáng)湖區(qū)采用二維模型。一維模型每千米一個(gè)斷面計(jì)算點(diǎn)，二維模型采

8、用非結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格，網(wǎng)格最大邊長(zhǎng)不超過(guò)300mo3.2邊界條件及初始條件采用非恒定流邊界條件模擬湖區(qū)枯期水位與流速。其中，進(jìn)口邊界包括：漢口站、五河七口站（外洲、李家渡、梅港、渡峰坑、虎山、虬津和萬(wàn)家埠）流醯邊界，漢江沙洋站入流邊界，湖區(qū)產(chǎn)匯流邊界；出口邊界為大通站水位邊界。由于湖區(qū)面積較大，計(jì)算網(wǎng)格多，所以一次水流交換所需的時(shí)間較長(zhǎng)。一般來(lái)說(shuō)，鄱陽(yáng)湖區(qū)呈湖相形態(tài)時(shí)，外洲水文站水流演進(jìn)至大通水文站需要10多天，為了保證數(shù)值模型初始條件的合理性，模型計(jì)算熱啟動(dòng)時(shí)間定為1個(gè)月。3.3產(chǎn)匯流計(jì)算方法枯期鄱陽(yáng)湖區(qū)產(chǎn)匯流對(duì)其水位與流速的影響相對(duì)于汛期來(lái)說(shuō)較小，但仍不可以忽略。采用昌邑、都昌、康山、星子和

9、永修五站降雨、蒸發(fā)數(shù)據(jù)，湖區(qū)匯流量計(jì)算直接用降雨減去蒸發(fā)，然后乘以湖區(qū)面積。洲灘區(qū)域匯流考慮一定的徑流系數(shù)，其大小根據(jù)水文-水動(dòng)力耦合模型率定最終確定，洲灘區(qū)域徑流系數(shù)定為0.6o其中，水文-水動(dòng)力耦合方式為：水文模型的計(jì)算結(jié)果以旁側(cè)入流的方式實(shí)時(shí)匯入到一維河道中，或者以凈雨景的方式實(shí)時(shí)匯入到二維湖區(qū)中。3.4模型率定與驗(yàn)證在實(shí)測(cè)資料中，選擇1998年3月1日至6月31日為數(shù)值模型的率定時(shí)段，選擇1961年2月1日至7月1日為數(shù)值模型的驗(yàn)證時(shí)段。從湖區(qū)主要控制站水位率定與驗(yàn)證結(jié)果可以得出：數(shù)學(xué)模型的率定結(jié)果和驗(yàn)證結(jié)果較好，其所采用的計(jì)算參數(shù)基本合理。經(jīng)模紐調(diào)度后各斷面流速均呈現(xiàn)一定程度的降低，

10、最多降低0.57m/s,發(fā)生在12月15日星子斷面；最少降低0.01m/s,發(fā)生在12月15日棠蔭斷面。型率定與驗(yàn)證，河道與湖區(qū)糙率在0.020.03之間，灘區(qū)糙率在0.03-0.05之間。3.5模擬時(shí)段選擇鄱陽(yáng)湖區(qū)枯期水位、流速與五河及長(zhǎng)江來(lái)水等因素有關(guān)（，-4'61,根據(jù)長(zhǎng)江來(lái)水與五河來(lái)水的不同情況，可以有“豐枯組合”（五河來(lái)水豐、長(zhǎng)江來(lái)水枯）、“枯枯組合”、“平平組合”、“豐豐組合”等多種組合方式。由于篇幅限制，本文僅以“平平組合”（長(zhǎng)江來(lái)水平與五河來(lái)水平）作為典型組合，研究鄱陽(yáng)湖水利樞紐調(diào)度對(duì)湖區(qū)枯期水位與流速的影響。根據(jù)9月至次年3月實(shí)測(cè)流:資料統(tǒng)計(jì)，漢口站2001年相應(yīng)時(shí)段

11、的徑流量為3114億m）在19592009年51a系列中排第26位，略高于多年平均值。湖口站相應(yīng)時(shí)期的徑流量為50】?jī)|m）在1959-2009年51a系列中排第30位，略低于多年平均值。選擇2001年9月至次年3月作為平平組合的代表時(shí)段。-sung圖4樞紐調(diào)度對(duì)星子斷面流速的影響圖5樞紐調(diào)度對(duì)都昌斷面流速的影響6a54321OO.O.Q。W3、霎12月153調(diào)度前-12月15日調(diào)度后1月158調(diào)虞們1月）53iflftS4對(duì)湖區(qū)枯期水位與流速的影響初步研究4.1對(duì)流速的影響選取典型時(shí)間節(jié)點(diǎn)（9月15日、11月15日、12月15日和1月15日），以及星子、都昌、吳城和棠蔭4個(gè)斷面對(duì)比樞紐調(diào)度前后

12、斷面流速的變化，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖47O雖然4個(gè)斷面不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)樞紐調(diào)度對(duì)流速的影響不一，但樞圖6樞紐調(diào)度對(duì)昊城斷面流速的影響圖7樞紐調(diào)度對(duì)棠蔭斷面流速的影響星子、都昌斷面離樞紐較近，不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)樞紐調(diào)度對(duì)其影響均較明顯。吳城斷面9月15日樞紐調(diào)度前主流明顯歸槽，樞紐調(diào)度后主流漫堤，斷面過(guò)水面積增大，流速減少（同樣的現(xiàn)象見(jiàn)12月15日和1月15日都昌斷面），其余時(shí)間節(jié)點(diǎn)吳城斷面主流歸槽，樞紐61090110-0110-3111-3012-300129時(shí)"月-日）（Q星于1柯消落期波動(dòng)朋調(diào)度對(duì)其影響較??；棠蔭斷面離樞紐較遠(yuǎn)，不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)樞紐調(diào)度對(duì)其流速影響均較小。由上可知,9月至次年3月不同

13、時(shí)間節(jié)點(diǎn)，鄱陽(yáng)湖樞紐調(diào)度控制條件不同，但其對(duì)湖區(qū)流速的影響主要集中在星子至都昌一帶。樞紐調(diào)度對(duì)斷面流速的影響與斷面至樞紐距離、斷面主流流態(tài)(歸槽與漫堤)以及斷面過(guò)水面積變化等因素相關(guān)。4.2對(duì)水位的影響星子、都昌、吳城和康山4個(gè)斷面在樞紐調(diào)度前后枯期水位過(guò)程線的變化見(jiàn)圖8?？梢?jiàn)，不同時(shí)間段，樞紐調(diào)度對(duì)不同斷面的水位影響有較大差別。星子斷面16Fjw前婦10-3111-3012-3001-29肘間/(月-3(b)都昌斷面B水期09-0110-0110-3111-3012-3001-29的間/(月七)<c）RWPt®09-0110-0110-3111-3012-3001-29的伺/

14、（月-曰）離樞紐較近，整個(gè)枯水期樞紐調(diào)度后水位變化較明顯,調(diào)度后最大水位抬高發(fā)生在1月中旬，約4m左右。相比星子斷面，都昌斷面樞紐調(diào)度前后，水位變幅相對(duì)減少了許多，但整個(gè)枯水期水位變幅仍比較明顯。在蓄水期和消落期，樞紐調(diào)度對(duì)吳城斷面水位有一定的影響，但在波動(dòng)期影響很小，水位抬高在20cm以內(nèi)。樞紐調(diào)度對(duì)康山斷面水位的影響主要集中在10月31日之前。9月1日至10月31日，樞紐調(diào)度對(duì)星子等4個(gè)斷面水位影響均較明顯。11月1日至次年3月，樞紐調(diào)度對(duì)水位的影響主要集中在松門山以北區(qū)域，也就是星子至都昌一帶。由圖8也可以得出：當(dāng)鄱陽(yáng)湖區(qū)水位高于13m以后，樞紐調(diào)度對(duì)整個(gè)湖區(qū)的水位均有一定影響；反之,其

15、影響范圍主要集中在松門山以北區(qū)域。5結(jié)論本文采用一、二維耦合水動(dòng)力模型，選擇2001年9月至次年3月“平平組合”的代表時(shí)段，研究了鄱陽(yáng)湖水利樞紐調(diào)度對(duì)湖區(qū)枯期水位與流速的影響，可得到以下結(jié)論。(1) 樞紐調(diào)度減小了枯期流速。樞紐調(diào)度后湖區(qū)各斷面流速均有所減小，但樞紐調(diào)度對(duì)流速的影響主要集中在星子至都昌一帶(松門山以北區(qū)域)，對(duì)其他區(qū)域影響較小。(2) 樞紐調(diào)度抬高了枯期水位。9月1日至10月31日，樞紐調(diào)度對(duì)整個(gè)湖區(qū)水位影響較明顯；11月1日至次年3月，樞紐調(diào)度對(duì)水位的影響主要集中在松門山以北的區(qū)域，對(duì)松門山以南區(qū)域的水位影響較小。參考文獻(xiàn)：1 長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限責(zé)任公句，江西牙水利規(guī)劃設(shè)計(jì)

16、院.鄢陽(yáng)南水利樞紐頊»建議書R.武漢：長(zhǎng)江勘剝規(guī)劃設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司.2012.2 胡春宏.廓陽(yáng)湖水利相妞工程的作用及其影響研完J.水利水電技術(shù),2011.42(1):1-6.3 胡四一.時(shí)鄢陽(yáng)湖水利樞妞工程的認(rèn)識(shí)和思考J.水利水電技求，2009,40(8)：2-3.4 汪迎春.三塊水瘞調(diào)節(jié)典型時(shí)段對(duì)郵陽(yáng)湖濕地水帶特征的影響JJ.湖泊科學(xué),2011,23(2):39-43.5 董增川.三埃工程對(duì)部陽(yáng)湖水資源生態(tài)效應(yīng)的影響J.河海大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2012,40(1):17-22.6 徐德龍.郵陽(yáng)湖水文特性分析J.人瓦長(zhǎng)江，2001,32(2)：23-24.(編輯：李慧)MPa,均在

17、其承載范圍內(nèi)。噴混凝土第一主應(yīng)力范圍為0-0.01MPa,第三主應(yīng)力分布范圍為00.03MPa,應(yīng)力較小。(2) 正常運(yùn)行工況下，錨桿最大應(yīng)力約為34.1MPa.比施工期增大約2.1MPa；預(yù)應(yīng)力錨索、噴混凝土的應(yīng)力調(diào)整甚微。(3) 地震荷載施加完后，錨桿、錨索應(yīng)力值較正常運(yùn)行工況有所調(diào)整，但調(diào)整幅度較小。錨桿應(yīng)力均小于80MPa,錨索應(yīng)力均小于1060MPao支護(hù)系統(tǒng)應(yīng)力水平均在設(shè)計(jì)強(qiáng)度范圍內(nèi)。4結(jié)論(1)1-3號(hào)引水隧洞位于山內(nèi)側(cè)、埋深較大，而6號(hào)引水隧洞洞臉邊坡受壩肩邊坡開(kāi)挖擾動(dòng)影響，因此,13號(hào)、6號(hào)引水隧洞洞臉邊坡巖體破壞區(qū)、位移、應(yīng)力調(diào)整幅度及支護(hù)系統(tǒng)受力均大于4、5號(hào)洞臉邊坡,實(shí)

18、際施工過(guò)程中需加強(qiáng)該部位的支護(hù)。(2)各工況下邊坡巖體破壞區(qū)深度均小于系統(tǒng)錨桿的錨固長(zhǎng)度，巖體第三主應(yīng)力小于其抗拉強(qiáng)度，系統(tǒng)支護(hù)受力均小于其屈服強(qiáng)度，支護(hù)設(shè)計(jì)方案合理，邊坡整體穩(wěn)定性滿足要求。參考文獻(xiàn)：1 譚信蛟，李明生.徐略等.地震作用下邊放巖體動(dòng)力理定性數(shù)值模擬J.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009,28(S2)：3986-3992.2 令先倫，盛漱，摩虹建，千.反傾尾狀巖質(zhì)高邊放開(kāi)挖變參破壞機(jī)理研完J.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2004.23(Sl):4468-4472.3 周桂云，李同春.基于料動(dòng)力有限元的邊城杭冗穩(wěn)定分析方法J.巖土力學(xué),2010,31(7)：2303-2308.4 劉林儒，楊利

19、軍，等.基于三維非技性有限元的邊玻穩(wěn)定分析方法J.巖土力學(xué)，2007,28(9)：1894-1898.5 DL5353-2006水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范S.北京：中因電力出版社，2007.(編輯：鄭R)ExcavationandsupportstabilityanalysisforwaterintakerockyslopeatwaterintakeofahydropowerstationZHANGCunhuiXIAOMing2,ZHANGZhiguo'(1.Hydro-complexDesignDepartment,ChangjiangInstituteofSunfey,Plannin

20、g,DesignandResearch,Wuhan430010,China;2.StateKeyLaboratoryofWaterResources&HydropowerEngineeringScience,WuhanUniversity,Wuhan430072,China)Abstract；Arockyslopeatwaterintakeofalarge-scaledhydropowerstation,locatedatdownstreamofJinshaRiver,isencounteredwithcomplexgeologicalconditionsofthickweathere

21、dstratumandgreatheightintheconstruction.Inordertoanalyzetheslopestabilityinconstructionandoperationstagessoastoprovidespecificconstructionguidanceforslopesupport,wecomprehensivelystudytherockyslopeconditionby3Delasto-plasticdamageFEM,includingrockmussfailurearea,plasticzonedistribution,slopedisplace

22、mentandstressconditionofsupportsystemconsideringconstructionperiod,operationperiodandseismicload.Theresultsshowthattheintegralstabilityoftheslopeunderdifferentcasesisensured,andtheresultshadbeensuccessfullyappliedintheengineeringpracticeoftheproject.Keywords:highslope；3DFEM;stability；waterintakeY>

23、;O<»«X»>>«»«*«»<«»<*«»>>«»O<AX>«X«(上接第21頁(yè))ImpactofregulationofPoyangLakeWaterConservancyProjectonlakewaterlevelandflowvelocityindryseasonsYUQihui,MAQiang,YOUZhongqiong(PlanningandDesignDepartment,ChangjiangInstituteofSurvey,Planning,DesignandResearch,Wuhan43QQ0,China)Abstra