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長江九江段洪水的河流影響因素分析

來源:期刊VIP網所屬分類:水利時間:瀏覽:

  摘要:江西省九江市歷來多受水患侵擾。為探求該地區洪水影響的河流因素,通過對比分析近年來九江水文站超警戒水位的洪水,在水文層面就洪水的特殊性展開剖析,揭示出長江上游干支流來水、鄱陽湖倒灌、下游大潮上溯等因素對該地區洪水的影響程度。關注這些河流因素的變化過程,可為該地區河段洪水預報提供借鑒,以提高該地區洪災防御能力,保護好地區經濟建設成果和人民生命財產安全。

  關鍵詞:洪水;河流因素;洪水預報;防汛;長江九江段

水利工程師論文

  《紅水河》(雙月刊)創刊于1982年,由廣西電力有限公司主管,廣西水力發電工程學會和廣西電力工業勘察設計研究院共同主辦,季刊,國內外公開發行。

  1 問題的提出

  長江流域洪水以暴雨洪水為主,其中,中下游平原地區洪災尤為嚴重。長江中下游干流具有比較穩定的巨大河槽,有利于大量洪水的宣泄,沿江眾多湖泊,對洪水起到天然的調節作用。長江中下游的地質構造和水系特點決定了該區域洪水多發。近年來,厄爾尼諾現象的頻繁發生,導致了該區域洪水發生幾率加大,防洪情勢日趨嚴峻[1]。

  作為長江中下游分界區域,長江九江段支流龐雜、湖泊眾多,水系發育充分,且自然地理條件多樣,大地構造較為復雜,故洪水頻發給地區防汛工作帶來一定困難。其防汛工作的難點主要體現在以下方面。

  (1)九江地區內湖眾多,僅市區范圍就有八里湖、賽湖及諸多水道,轄下縣市更是內湖龐雜,汛期排水壓力大。部分湖泊僅依靠與長江的水位差排水預留庫容,在長江水位超過內湖時,防汛壓力陡增。

  (2)九江地區江堤遍布市區及下轄沿江各縣市,堤壩等級多樣、岸線冗長。堤防在洪水浸泡后出險系數增大,給地區防汛工作帶來巨大風險。

  (3)難以掌控防汛物資及人員投入預算,要求對洪水的持續時間、強度具有精準的把控能力。

  因此,研究長江九江段洪水特性很有必要,應特別關注洪水大小及持續時間。分析該區域洪水的主要影響因素,以指導地區防汛工作。本文將基于長江九江段九江水文站典型年洪水,分析影響該區域洪水的主要影響因素。

  2 九江站概況

  2.1 測站

  九江水文站位于長江中下游重要港口城市九江市,地處長江中游干流河段。右岸為江西省九江市,左岸為湖北省黃岡市黃梅縣小池鎮。作為九江地區在長江干流上的水文站,其所監測的水文要素可為地區防汛提供重要的參考作用。

  該站隸屬長江水利委員會水文局,控制集水面積1 523 041 km2,主要控制鄱陽湖人匯長江前的長江干流水文要素變化情況。測驗河段上、下游均較順直,左岸堤邊有淺灘,右岸為石砌護岸防洪墻。下游9 km處張家洲橫亙江心,河床大部分為沙土組成(測站地理位置詳見圖1)。測站負責長江干流防汛測報,承擔轄區內河道、水雨情基本水文資料收集及水文測驗等任務。

  2.2 上下游水文站網

  九江站上游220 km處有漢口水文站,位于長江中游干流,漢口至九江區間分布著府澴河、灄水、倒水、舉水、巴水、浠水、蘄水、富水等支流水系,一般諸支流合成流量不足2 000m3/s,對干流洪水影響不大;下游30 km處鄱陽湖湖口水道有湖口水文站控制鄱陽湖人匯長江,在鄱陽湖頂托長江或倒灌期間,對長江洪水有一定影響;下游約210 km處有大通水文站,位于長江下游干流,該站流量偏小時受潮汐影響較大。

  漢口站位于湖北省武漢市,主要控制漢江人匯長江后長江干流的水量及各項基本水情;湖口站位于江西省湖口縣,為鄱陽湖人匯長江的控制站;大通站位于安徽省池州市,主要控制長江流人潮區水量及各項基本水情。

  3 典型年洪水實例

  3.1 洪水概況

  2016-2017年,在長江九江段連續發生超警戒水位的洪水具有一定代表性,分析這2a的洪水,可了解該地區洪水特性及影響洪水的諸多因素。2016-2017年九江站的洪水比照見表1。洪峰出現時間及年徑流總量均相近,洪水基本集中在6月中下旬到8月中下旬期間,與九江地區主汛期相符。超警戒水位持續時間較長,地區防汛工作投入了大量的人力物力。

  3.2 年際水位過程對照分析

  水位是防汛指揮和防洪決策必不可少的依據,分析水位的時程變化以對水位進行準確把控十分重要。以九江水文站中、低水水位分界值14.00 m(見表2)為限,結合水位資料,找出洪水退水的時間節點,通過中、高水位的持續時間,對洪水演變做對照分析。根據2016年、2017年九江站日平均水位過程線(見圖2),分析兩次洪水退水的時程變化特性。由圖2可知,2016年年最高洪水位較2017年高出0.45 m,但退水卻比后者迅速,由最高水位退至中水以下,2016年耗時60d,而2017年則約80 d。

  3.3 上下游洪水對比分析

  研究測站及上下游水文站水文要素沿程變化情況,可了解區間洪水變化的影響因素。在長江干流上的漢口、九江、大通3站年流量過程線基本趨勢一致,并向下游流量逐漸增大,表明上游來水是影響長江干流洪水的主要因素(見圖3)。然而也有特殊水情出現:

  (1) 2016年7月上旬九江流量出現異常,徒增20 000 m3/S,遠大于漢口站流量,甚至大于大通站流量。

  (2)2017年10月上游洪水向下游傳播過程中遇到阻力,漢口站洪峰流量出現在10月9日,九江站延遲到10月16日,大通站延遲到10月22日。

  (3)通過對比可知,2016年7月、2017年10月湖口倒灌期間,九江站流量較正常水平偏大。

  4 洪水的河流因素及其影響

  4.1 河流因素分析

  一般情況,因區間匯流作用,同一河流中下游站較上游站流量大。但在特殊情況下會有反常。造成這種現象的因素便是防汛工作中需關注的重點。

  4.1.1 上游干流來水影響

  九江站洪水主要決定因素是上游干流洪水,故其洪水過程與漢口站洪水過程大體一致。近年來以三峽水庫為代表的長江上游水庫群綜合調度,實現了流域上下游協調、干支流兼顧、保障流域防洪安全的目的。一般情況下,上游水庫群汛期前留足防洪庫容,防洪和水量調度服從有調度權限的防汛抗旱指揮機構的統一調度。水庫群聯合調度減輕了長江中下游防汛壓力,極大減少了洪災損失。2016年6月30日至7月23日,長江上游干支流水庫群共攔蓄洪水168億m3,加上中游清江梯級和洞庭湖水系水庫合計攔蓄的57億m3,有效降低了中下游河段水位0.4-0.2m[2]。故上游洪水在水庫群聯合調度下可以得到有效控制。

  4.1.2 上游支流來水影響

  一般情況下,九江站流量僅稍大于漢口站,在上游干流來水占絕對主導因素的條件下,兩站流量相關性較好,兩站2016年逐日流量相關曲線見圖4。

  由圖4可見,圖中有個別點據偏差較大,即2016年7月2日前后,九江站實測流量較漢口站大近20 000m3/s,極其反常。經過數據分析,這部分流量來源于鄂東北諸支流匯集長江。長江漢口至九江區間集水面積3.5萬km2,分布著府灄河、灄水、倒水、舉水、巴水、浠水、蘄水、富水等支流水系,統稱為鄂東北諸支流[3]。2016年7月2日前后鄂東北諸支流逐日08:00水情見表3,部分站點歷年7月2日08:00流量對照見表4。

  表3數據顯示,7月2日前后,鄂東北諸支流全線超警戒水位,來水迅猛,對干流洪水影響較大。根據表4數據可見,2016年鄂東北諸支流合成流量異于其他年份,人匯干流洪水激增。在這種情況下,支流來水與上游干流來水相比,所占比重較大,對當年長江二號洪水在中下游的形成有一定促進作用。

  4.1.3 其他影響因素

  (1)鄱陽湖頂托、倒灌影響。由于鄱陽湖對長江干流的頂托、倒灌關系錯綜復雜,2016年7月、2017年10月湖口站出現倒灌現象,導致九江站流量較正常水平偏大,水位一流量關系曲線向右平移,這是影響九江地區洪水下泄的因素之一。關注鄱陽湖區出口水情變化及上游五水(饒、信、撫、贛、修)水情,有利于九江地區防汛工作的開展。

  (2)潮流影響。2017年7月與10月兩場洪水中(見表5),7月洪水傳播正常。一般認為洪水由漢口傳播至九江約需ld,而再傳播至大通約需2d。而2017年10月上游洪水向下游傳播過程受阻。

  這是因為10月洪水向下游傳播正值農歷八月天文大潮期間,受大潮上溯影響,大通站流量有波動現象,洪水下泄受阻,九江站也受其影響,流量也相應減小,與漢口站流量過程不一致。

  一般認為,長江的感潮河段高水時到達蕪湖,低水時可達安慶[4]。位于長江中、下游交界處的九江站雖不感潮,但在天文大潮的影響下,大通站流量受潮流影響,對上游洪水的下泄有一定的阻擋作用,導致九江地區洪水水位下降趨緩。

  4.2 洪水比照分析

  前文提到九江站2016年洪峰過境后退水較2017年迅速,結合九江地區洪水所受河流因素的影響,可總結出以下原因:

  (1) 2017年在7月出現一次大洪水后,于10月又出現一次洪水過程,導致水位出現回升再轉落的過程,這是上游干流來水所致。

  (2)2016年7月洪水受支流匯集洪水的影響,而支流后繼匯流影響偏弱,故洪水下泄相應更快,水位下降也更快。

  (3)在鄱陽湖頂托、倒灌期間,九江站洪水下泄受湖區來水影響,頂托時水位下降趨緩、倒灌時水位下降加快。但此段時間過后,洪水下泄趨于正常,與上下游趨于一致。

  (4)在潮水上溯期間,因下游洪水下泄變緩,九江站亦受其阻水影響,洪水下泄相應趨緩,水位下降趨緩。2017年10月九江洪水消退緩慢,較正常情況遲緩4-5 d,便是受下游大潮阻水所致。

  5 結語

  一個地區洪水的發生往往是由多種因素引起的。要做好防汛工作,就要綜合各種因素進行河段洪水預報,以便提供更為科學的數據,為地區防汛提供服務,為安全度汛提供有力保障。造成河段中洪水波變形的內因是洪水波本身的水力特性;外因是河段特性、底水、區間人流、引水或分洪、河段下游有回水或潮波頂托等[5]。由于九江地區地理環境復雜,防汛過程中除考慮區域暴雨洪水外,還要綜合考量上游干支流來水,鄱陽湖區來水,甚至下游地區潮流阻水等多方面的河道因素對洪水的影響程度,才能科學地做好防汛預案。

  參考文獻:

  [1]許有鵬,于瑞宏,馬宗偉.長江中下游洪水災害成因及洪水特征模擬分析[J].長江流域資源與環境,2005,14(5):638-643.

  [2]金興平.長江上游水庫群2016年洪水聯合防洪調度研究[J].人民長江,2017,48(4):22-26.

  [3]鄒紅梅,李世強,陳瑜彬.長江漢口水位受鄂東北及漢江來水影響分析[J].人民長江,2011,42(6):83-86.

  [4] 黃蘭心.近40年來長江下游干流洪水位變化及原因初探[J].湖泊科學,1996,11(2):99-104.

  [5]包為民.水文預報(第4版)[M].北京:中國水利水電出版社,2009.

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