鄱阳湖水利枢纽调度对湖区枯期水位与流速影响.docx

1、文章编号：1001-4179(2013)17-0018-04鄱阳湖水利枢纽调度对湖区枯期水位与流速影响企启辉，甘踱，海中踪（长江勘测规划设计研究院规划处，湖北武汉430010）摘要：通过充分考虑邮阳湖与长江之间的相互作用、湖区区间汇流对水动力的作用以及湖区复杂的河湖交替形态，采用江湖连通一、二维极合水文-水动力模型，研究了邮阳湖水利枢纽调度对湖区枯期水位与流速的形崎。结果表明：枢纽调度减小了湖区枯期流速，但其对流速的影响主要集中在星子-都禺一带（松门山以北区域）；另外，枢妞调度抬高了湖区枯期水位。分析成果可为三峡水库运行后江湖关系变化及影响的研究提供参考。关键词：调度方式；水位；流速；枯水期；

2、鄢阳湖水利枢纽中图法分类号：TV697.il文献标志玛：A收稿日期：2013-05-03基金项目：国家科技支撑项目“三块水摩运用后江湖关系变化及其影响研究"（2012BAB04B04）作者简介：余启辉，男，高级工程师.主要从事防洪规划与设计工作。E-mail：yuqihui.鄱阳湖是我国目前最大的淡水湖泊，它承纳赣江、抚河、信江、饶河、修河及博阳河、漳田河、潼津河等小支流之来水，经调蓄后由湖口注入长江，是一个过水型、吞吐型、季节性的湖泊。鄱阳湖区略似葫芦形，以松门山为界，分为南北两部分。南部宽广、较浅，为主湖区；北部狭长、较深，为入江水道区。全湖最大长度（南北向）173km,东西平均

3、宽度16.9km,最宽处约74km,入江水道最窄处的屏峰卡口宽约2.8km,湖岸线总长约1200kmo湖盆自东向西、由南向北倾斜，高程一般由10m降至湖口约-1m。鄱阳湖湖底平坦，最低处在蛤蟆石附近，高程为-12m以下；滩地高程多在10-16m之间，鄱阳湖区示意图见图1（高程基面为黄海基面）。鄱阳湖区枯期（每年9月至次年3月）水文特征变化显著：湖水落槽、湖滩显露、湖面缩小、蜿蜒一线、比降增大、流速加快。兴建鄱阳湖水利枢纽并采用调枯不调洪的调度方式将改变湖区枯期水文特征，-31o本文以鄱阳湖水利枢纽调度对湖区枯期水位与流速的影响为研究重点，采用江湖连通一、二维耦合水文-水动力学模型，并充分考虑鄱

4、阳湖与长江之间的相互作用、湖区区间汇流对水动力的作用以及湖区复杂的河湖交替形态，研究了不同时间节点枢纽调度前后湖区图1鄱阳湖区示意枯期水位与流速的变化，并初步描述了其变化规律。1枯期水位与流速特征鄱阳湖区枯期水位变化受五河和长江来水等因素的多重影响，不同年份枯期水位变化明显，图2为鄱阳湖星子站历年日平均、最高、最低水位过程线（一般以星子站为鄱阳湖区水位特点的代表站），可以看出：进入910月份，受长江稳定退水影响，湖区水位持续下降，年最低水位主要出现在12月至次年2月，出现频率为94.5%（其中12月为36.4%,1月为34.5%）。图3为星子站2009年10月至2011年9月水位与流速过程线，

5、可以看出：星子站枯水期流速在0.3-1.2m/s之间变化，一般来说，水位越高，流速越小。83闾/（年-月-日）图3星于站2009年10月至2011年9月流速与水位过程线2鄱阳湖水利枢纽调度方式鄱阳湖水利枢纽项目建议书推荐闸址位于鄱阳湖入江水道的长岭-屏峰山断面，上距星子县城13km,下距湖口站27.9kmo根据调枯不调洪的原则，鄱阳湖水利枢纽调度方式拟定为如下。（1）敞泄期。3月底、4月初至8月31日，泄水闸门全部敞开，江湖连通。（2）蓄水期。9月115日，当闸上水位高于15m时，泄水闸门全部敞开；当闸上水位降到15m时，减少闸门开启孔数，按五河和区间来水下泄，水位维持15m；若闸上水位低于1

6、5m,在泄放满足航运、水生态与水环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，调整闸门开启孔数，闸上水位消落至14.50m；至10月10日，闸上水位消落至14.00m；至10月20日，闸上水位消落至13.00m；至10月31日，闸上水位消落至11.50m左右；在消落过程中若外江水位达到闸上水位，则闸门全开；至11月底，闸上水位消落至10.00m左右。（4）波动期。12月1日至次年3月底、4月初，根据最小通航流量、水生态与水环境用水等需求，保证至少有1孔闸门全开，控制枢纽下泄流量，使闸上水位基本维持在10.0m左右；当湖区生态需要时，水位可在10.0-10.5m之

7、间波动。在此期间，若外江水位达到10.5m,则闸门全开。3研究方法3.1一、二维水动力学模型及研究范围采用一、二维耦合水动力模型模拟鄱阳湖区枯期水位与流速特征，将一维模型下边界流量计算结果作为源项输入到二维模型网格中，同时，二维模型计算得出的水位反馈到一维模型的边界中，二者同步计算，显式连接。为了准确模拟鄱阳湖与长江之间的水流交换，模型范围取汉口-大通区间，包括鄱阳湖区及五河尾闾。其中，一维模型包含汉口至大通的长江干流，以及赣河、抚河、信河、饶河和修河五河七口控制站（外洲、李家渡、梅港、渡峰坑、虎山、虬津和万家埠）至入湖口区间河道，鄱阳湖区采用二维模型。一维模型每千米一个断面计算点，二维模型采

8、用非结构三角形网格，网格最大边长不超过300mo3.2边界条件及初始条件采用非恒定流边界条件模拟湖区枯期水位与流速。其中，进口边界包括：汉口站、五河七口站（外洲、李家渡、梅港、渡峰坑、虎山、虬津和万家埠）流醯边界，汉江沙洋站入流边界，湖区产汇流边界；出口边界为大通站水位边界。由于湖区面积较大，计算网格多，所以一次水流交换所需的时间较长。一般来说，鄱阳湖区呈湖相形态时，外洲水文站水流演进至大通水文站需要10多天，为了保证数值模型初始条件的合理性，模型计算热启动时间定为1个月。3.3产汇流计算方法枯期鄱阳湖区产汇流对其水位与流速的影响相对于汛期来说较小，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、蒸发数据，湖区汇流量计算直接用降雨减去蒸发，然后乘以湖区面积。洲滩区域汇流考虑一定的径流系数，其大小根据水文-水动力耦合模型率定最终确定，洲滩区域径流系数定为0.6o其中，水文-水动力耦合方式为：水文模型的计算结果以旁侧入流的方式实时汇入到一维河道中，或者以净雨景的方式实时汇入到二维湖区中。3.4模型率定与验证在实测资料中，选择1998年3月1日至6月31日为数值模型的率定时段，选择1961年2月1日至7月1日为数值模型的验证时段。从湖区主要控制站水位率定与验证结果可以得出：数学模型的率定结果和验证结果较好，其所采用的计算参数基本合理。经模纽调度后各断面流速均呈现一定程度的降低，

10、最多降低0.57m/s,发生在12月15日星子断面；最少降低0.01m/s,发生在12月15日棠荫断面。型率定与验证，河道与湖区糙率在0.020.03之间，滩区糙率在0.03-0.05之间。3.5模拟时段选择鄱阳湖区枯期水位、流速与五河及长江来水等因素有关（，-4'61,根据长江来水与五河来水的不同情况，可以有“丰枯组合”（五河来水丰、长江来水枯）、“枯枯组合”、“平平组合”、“丰丰组合”等多种组合方式。由于篇幅限制，本文仅以“平平组合”（长江来水平与五河来水平）作为典型组合，研究鄱阳湖水利枢纽调度对湖区枯期水位与流速的影响。根据9月至次年3月实测流:资料统计，汉口站2001年相应时段

11、的径流量为3114亿m）在19592009年51a系列中排第26位，略高于多年平均值。湖口站相应时期的径流量为50】亿m）在1959-2009年51a系列中排第30位，略低于多年平均值。选择2001年9月至次年3月作为平平组合的代表时段。-sung图4枢纽调度对星子断面流速的影响图5枢纽调度对都昌断面流速的影响6a54321OO.O.Q。W3、霎12月153调度前-12月15日调度后1月158调虞们1月）53iflftS4对湖区枯期水位与流速的影响初步研究4.1对流速的影响选取典型时间节点（9月15日、11月15日、12月15日和1月15日），以及星子、都昌、吴城和棠荫4个断面对比枢纽调度前后

12、断面流速的变化，对比结果见图47O虽然4个断面不同时间节点枢纽调度对流速的影响不一，但枢图6枢纽调度对昊城断面流速的影响图7枢纽调度对棠荫断面流速的影响星子、都昌断面离枢纽较近，不同时间节点枢纽调度对其影响均较明显。吴城断面9月15日枢纽调度前主流明显归槽，枢纽调度后主流漫堤，断面过水面积增大，流速减少（同样的现象见12月15日和1月15日都昌断面），其余时间节点吴城断面主流归槽，枢纽61090110-0110-3111-3012-300129时"月-日）（Q星于1柯消落期波动朋调度对其影响较小；棠荫断面离枢纽较远，不同时间节点枢纽调度对其流速影响均较小。由上可知,9月至次年3月不同

13、时间节点，鄱阳湖枢纽调度控制条件不同，但其对湖区流速的影响主要集中在星子至都昌一带。枢纽调度对断面流速的影响与断面至枢纽距离、断面主流流态(归槽与漫堤)以及断面过水面积变化等因素相关。4.2对水位的影响星子、都昌、吴城和康山4个断面在枢纽调度前后枯期水位过程线的变化见图8。可见，不同时间段，枢纽调度对不同断面的水位影响有较大差别。星子断面16Fjw前妇10-3111-3012-3001-29肘间/(月-3(b)都昌断面B水期09-0110-0110-3111-3012-3001-29的间/(月七)<c）RWPt®09-0110-0110-3111-3012-3001-29的伺/

14、（月-曰）离枢纽较近，整个枯水期枢纽调度后水位变化较明显,调度后最大水位抬高发生在1月中旬，约4m左右。相比星子断面，都昌断面枢纽调度前后，水位变幅相对减少了许多，但整个枯水期水位变幅仍比较明显。在蓄水期和消落期，枢纽调度对吴城断面水位有一定的影响，但在波动期影响很小，水位抬高在20cm以内。枢纽调度对康山断面水位的影响主要集中在10月31日之前。9月1日至10月31日，枢纽调度对星子等4个断面水位影响均较明显。11月1日至次年3月，枢纽调度对水位的影响主要集中在松门山以北区域，也就是星子至都昌一带。由图8也可以得出：当鄱阳湖区水位高于13m以后，枢纽调度对整个湖区的水位均有一定影响；反之,其

15、影响范围主要集中在松门山以北区域。5结论本文采用一、二维耦合水动力模型，选择2001年9月至次年3月“平平组合”的代表时段，研究了鄱阳湖水利枢纽调度对湖区枯期水位与流速的影响，可得到以下结论。(1) 枢纽调度减小了枯期流速。枢纽调度后湖区各断面流速均有所减小，但枢纽调度对流速的影响主要集中在星子至都昌一带(松门山以北区域)，对其他区域影响较小。(2) 枢纽调度抬高了枯期水位。9月1日至10月31日，枢纽调度对整个湖区水位影响较明显；11月1日至次年3月，枢纽调度对水位的影响主要集中在松门山以北的区域，对松门山以南区域的水位影响较小。参考文献：1 长江勘测规划设计有限责任公句，江西牙水利规划设计

16、院.鄢阳南水利枢纽顼»建议书R.武汉：长江勘剥规划设计有限责任公司.2012.2 胡春宏.廓阳湖水利相妞工程的作用及其影响研完J.水利水电技术,2011.42(1):1-6.3 胡四一.时鄢阳湖水利枢妞工程的认识和思考J.水利水电技求，2009,40(8)：2-3.4 汪迎春.三块水瘗调节典型时段对邮阳湖湿地水带特征的影响JJ.湖泊科学,2011,23(2):39-43.5 董增川.三埃工程对部阳湖水资源生态效应的影响J.河海大学学报:自然科学版,2012,40(1):17-22.6 徐德龙.邮阳湖水文特性分析J.人瓦长江，2001,32(2)：23-24.(编辑：李慧)MPa,均在

17、其承载范围内。喷混凝土第一主应力范围为0-0.01MPa,第三主应力分布范围为00.03MPa,应力较小。(2) 正常运行工况下，锚杆最大应力约为34.1MPa.比施工期增大约2.1MPa；预应力锚索、喷混凝土的应力调整甚微。(3) 地震荷载施加完后，锚杆、锚索应力值较正常运行工况有所调整，但调整幅度较小。锚杆应力均小于80MPa,锚索应力均小于1060MPao支护系统应力水平均在设计强度范围内。4结论(1)1-3号引水隧洞位于山内侧、埋深较大，而6号引水隧洞洞脸边坡受坝肩边坡开挖扰动影响，因此,13号、6号引水隧洞洞脸边坡岩体破坏区、位移、应力调整幅度及支护系统受力均大于4、5号洞脸边坡,实

18、际施工过程中需加强该部位的支护。(2)各工况下边坡岩体破坏区深度均小于系统锚杆的锚固长度，岩体第三主应力小于其抗拉强度，系统支护受力均小于其屈服强度，支护设计方案合理，边坡整体稳定性满足要求。参考文献：1 谭信蛟，李明生.徐略等.地震作用下边放岩体动力理定性数值模拟J.岩石力学与工程学报，2009,28(S2)：3986-3992.2 令先伦，盛漱，摩虹建，千.反倾尾状岩质高边放开挖变参破坏机理研完J.岩石力学与工程学报,2004.23(Sl):4468-4472.3 周桂云，李同春.基于料动力有限元的边城杭冗稳定分析方法J.岩土力学,2010,31(7)：2303-2308.4 刘林儒，杨利

19、军，等.基于三维非技性有限元的边玻稳定分析方法J.岩土力学，2007,28(9)：1894-1898.5 DL5353-2006水电水利工程边坡设计规范S.北京：中因电力出版社，2007.(编辑：郑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页)ImpactofregulationofPoyangLakeWaterConservancyProjectonlakewaterlevelandflowvelocityindryseasonsYUQihui,MAQiang,YOUZhongqiong(PlanningandDesignDepartment,ChangjiangInstituteofSurvey,Planning,DesignandResearch,Wuhan43QQ0,China)Abstra