鄱陽湖水利樞紐調(diào)度對湖區(qū)枯期水位與流速影響.docx

1、文章編號：1001-4179(2013)17-0018-04鄱陽湖水利樞紐調(diào)度對湖區(qū)枯期水位與流速影響企啟輝，甘踱，海中蹤（長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院規(guī)劃處，湖北武漢430010）摘要：通過充分考慮郵陽湖與長江之間的相互作用、湖區(qū)區(qū)間匯流對水動力的作用以及湖區(qū)復雜的河湖交替形態(tài)，采用江湖連通一、二維極合水文-水動力模型，研究了郵陽湖水利樞紐調(diào)度對湖區(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運行后江湖關(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、鄢陽湖水利樞紐中圖法分類號：TV697.il文獻標志瑪：A收稿日期：2013-05-03基金項目：國家科技支撐項目“三塊水摩運用后江湖關(guān)系變化及其影響研究"（2012BAB04B04）作者簡介：余啟輝，男，高級工程師.主要從事防洪規(guī)劃與設(shè)計工作。E-mail：yuqihui.鄱陽湖是我國目前最大的淡水湖泊，它承納贛江、撫河、信江、饒河、修河及博陽河、漳田河、潼津河等小支流之來水，經(jīng)調(diào)蓄后由湖口注入長江，是一個過水型、吞吐型、季節(jié)性的湖泊。鄱陽湖區(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、較深，為入江水道區(qū)。全湖最大長度（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，鄱陽湖區(qū)示意圖見圖1（高程基面為黃?；妫?。鄱陽湖區(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本文以鄱陽湖水利樞紐調(diào)度對湖區(qū)枯期水位與流速的影響為研究重點，采用江湖連通一、二維耦合水文-水動力學模型，并充分考慮鄱

4、陽湖與長江之間的相互作用、湖區(qū)區(qū)間匯流對水動力的作用以及湖區(qū)復雜的河湖交替形態(tài)，研究了不同時間節(jié)點樞紐調(diào)度前后湖區(qū)圖1鄱陽湖區(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湖區(qū)枯期水位變化受五河和長江來水等因素的多重影響，不同年份枯期水位變化明顯，圖2為鄱陽湖星子站歷年日平均、最高、最低水位過程線（一般以星子站為鄱陽湖區(qū)水位特點的代表站），可以看出：進入910月份，受長江穩(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，一般來說，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月流速與水位過程線2鄱陽湖水利樞紐調(diào)度方式鄱陽湖水利樞紐項目建議書推薦閘址位于鄱陽湖入江水道的長嶺-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，江湖連通。（2）蓄水期。9月115日，當閘上水位高于15m時，泄水閘門全部敞開；當閘上水位降到15m時，減少閘門開啟孔數(shù)，按五河和區(qū)間來水下泄，水位維持15m；若閘上水位低于1

6、5m,在泄放滿足航運、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；在消落過程中若外江水位達到閘上水位，則閘門全開；至11月底，閘上水位消落至10.00m左右。（4）波動期。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，控制樞紐下泄流量，使閘上水位基本維持在10.0m左右；當湖區(qū)生態(tài)需要時，水位可在10.0-10.5m之

7、間波動。在此期間，若外江水位達到10.5m,則閘門全開。3研究方法3.1一、二維水動力學模型及研究范圍采用一、二維耦合水動力模型模擬鄱陽湖區(qū)枯期水位與流速特征，將一維模型下邊界流量計算結(jié)果作為源項輸入到二維模型網(wǎng)格中，同時，二維模型計算得出的水位反饋到一維模型的邊界中，二者同步計算，顯式連接。為了準確模擬鄱陽湖與長江之間的水流交換，模型范圍取漢口-大通區(qū)間，包括鄱陽湖區(qū)及五河尾閭。其中，一維模型包含漢口至大通的長江干流，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、虬津和萬家埠）至入湖口區(qū)間河道，鄱陽湖區(qū)采用二維模型。一維模型每千米一個斷面計算點，二維模型采

8、用非結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格，網(wǎng)格最大邊長不超過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，計算網(wǎng)格多，所以一次水流交換所需的時間較長。一般來說，鄱陽湖區(qū)呈湖相形態(tài)時，外洲水文站水流演進至大通水文站需要10多天，為了保證數(shù)值模型初始條件的合理性，模型計算熱啟動時間定為1個月。3.3產(chǎn)匯流計算方法枯期鄱陽湖區(qū)產(chǎn)匯流對其水位與流速的影響相對于汛期來說較小，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-水動力耦合方式為：水文模型的計算結(jié)果以旁側(cè)入流的方式實時匯入到一維河道中，或者以凈雨景的方式實時匯入到二維湖區(qū)中。3.4模型率定與驗證在實測資料中，選擇1998年3月1日至6月31日為數(shù)值模型的率定時段，選擇1961年2月1日至7月1日為數(shù)值模型的驗證時段。從湖區(qū)主要控制站水位率定與驗證結(jié)果可以得出：數(shù)學模型的率定結(jié)果和驗證結(jié)果較好，其所采用的計算參數(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模擬時段選擇鄱陽湖區(qū)枯期水位、流速與五河及長江來水等因素有關(guān)（，-4'61,根據(jù)長江來水與五河來水的不同情況，可以有“豐枯組合”（五河來水豐、長江來水枯）、“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”（長江來水平與五河來水平）作為典型組合，研究鄱陽湖水利樞紐調(diào)度對湖區(qū)枯期水位與流速的影響。根據(jù)9月至次年3月實測流:資料統(tǒng)計，漢口站2001年相應(yīng)時段

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)時期的徑流量為50】億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段。-sung圖4樞紐調(diào)度對星子斷面流速的影響圖5樞紐調(diào)度對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對湖區(qū)枯期水位與流速的影響初步研究4.1對流速的影響選取典型時間節(jié)點（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個斷面對比樞紐調(diào)度前后

12、斷面流速的變化，對比結(jié)果見圖47O雖然4個斷面不同時間節(jié)點樞紐調(diào)度對流速的影響不一，但樞圖6樞紐調(diào)度對昊城斷面流速的影響圖7樞紐調(diào)度對棠蔭斷面流速的影響星子、都昌斷面離樞紐較近，不同時間節(jié)點樞紐調(diào)度對其影響均較明顯。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，斷面過水面積增大，流速減少（同樣的現(xiàn)象見12月15日和1月15日都昌斷面），其余時間節(jié)點吳城斷面主流歸槽，樞紐61090110-0110-3111-3012-300129時"月-日）（Q星于1柯消落期波動朋調(diào)度對其影響較??；棠蔭斷面離樞紐較遠，不同時間節(jié)點樞紐調(diào)度對其流速影響均較小。由上可知,9月至次年3月不同

13、時間節(jié)點，鄱陽湖樞紐調(diào)度控制條件不同，但其對湖區(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)以及斷面過水面積變化等因素相關(guān)。4.2對水位的影響星子、都昌、吳城和康山4個斷面在樞紐調(diào)度前后枯期水位過程線的變化見圖8?？梢姡煌瑫r間段，樞紐調(diào)度對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，水位變幅相對減少了許多，但整個枯水期水位變幅仍比較明顯。在蓄水期和消落期，樞紐調(diào)度對吳城斷面水位有一定的影響，但在波動期影響很小，水位抬高在20cm以內(nèi)。樞紐調(diào)度對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)度對星子等4個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：當鄱陽湖區(qū)水位高于13m以后，樞紐調(diào)度對整個湖區(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、二維耦合水動力模型，選擇2001年9月至次年3月“平平組合”的代表時段，研究了鄱陽湖水利樞紐調(diào)度對湖區(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)度對整個湖區(qū)水位影響較明顯；11月1日至次年3月，樞紐調(diào)度對水位的影響主要集中在松門山以北的區(qū)域，對松門山以南區(qū)域的水位影響較小。參考文獻：1 長江勘測規(guī)劃設(shè)計有限責任公句，江西牙水利規(guī)劃設(shè)計

16、院.鄢陽南水利樞紐頊»建議書R.武漢：長江勘剝規(guī)劃設(shè)計有限責任公司.2012.2 胡春宏.廓陽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.時鄢陽湖水利樞妞工程的認識和思考J.水利水電技求，2009,40(8)：2-3.4 汪迎春.三塊水瘞調(diào)節(jié)典型時段對郵陽湖濕地水帶特征的影響JJ.湖泊科學,2011,23(2):39-43.5 董增川.三埃工程對部陽湖水資源生態(tài)效應(yīng)的影響J.河海大學學報:自然科學版,2012,40(1):17-22.6 徐德龍.郵陽湖水文特性分析J.人瓦長江，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支護系統(tǒng)應(yīng)力水平均在設(shè)計強度范圍內(nèi)。4結(jié)論(1)1-3號引水隧洞位于山內(nèi)側(cè)、埋深較大，而6號引水隧洞洞臉邊坡受壩肩邊坡開挖擾動影響，因此,13號、6號引水隧洞洞臉邊坡巖體破壞區(qū)、位移、應(yīng)力調(diào)整幅度及支護系統(tǒng)受力均大于4、5號洞臉邊坡,實

18、際施工過程中需加強該部位的支護。(2)各工況下邊坡巖體破壞區(qū)深度均小于系統(tǒng)錨桿的錨固長度，巖體第三主應(yīng)力小于其抗拉強度，系統(tǒng)支護受力均小于其屈服強度，支護設(shè)計方案合理，邊坡整體穩(wěn)定性滿足要求。參考文獻：1 譚信蛟，李明生.徐略等.地震作用下邊放巖體動力理定性數(shù)值模擬J.巖石力學與工程學報，2009,28(S2)：3986-3992.2 令先倫，盛漱，摩虹建，千.反傾尾狀巖質(zhì)高邊放開挖變參破壞機理研完J.巖石力學與工程學報,2004.23(Sl):4468-4472.3 周桂云，李同春.基于料動力有限元的邊城杭冗穩(wěn)定分析方法J.巖土力學,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，2007,28(9)：1894-1898.5 DL5353-2006水電水利工程邊坡設(shè)計規(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)ImpactofregulationofPoyangLakeWaterConservancyProjectonlakewaterlevelandflowvelocityindryseasonsYUQihui,MAQiang,YOUZhongqiong(PlanningandDesignDepartment,ChangjiangInstituteofSurvey,Planning,DesignandResearch,Wuhan43QQ0,China)Abstra