河流形态的分维及与洪水关系的探讨_以长江中下游为例
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第26卷第4期2007年7月地理科学进展PROGRESSINGEOGRAPHYVol.26,No.4July,2007收稿日期:2007-04;修订日期:2007-05.基金项目:水利部“淮河流域管理数字化及其应用研究项目”资助。
作者简介:黄大鹏(1978-),男,安徽潜山人,博士研究生,主要从事遥感、GIS应用与自然灾害研究。
E-mail:huangdp.05b@igsnrr.ac.cn洪灾风险评价与区划研究进展黄大鹏1,2,刘闯1,彭顺风3(1.中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101;2.中国科学院研究生院,北京100039;3.水利部淮河水利委员会,蚌埠233001)摘要:洪灾风险评价是洪灾风险管理的首要步骤。
洪灾风险区划是在洪灾风险评价基础上的宏观分区,有助于更清晰的把握洪灾风险的空间格局与内在规律。
文章首先对洪灾风险相关概念进行了阐述,试图达到理清和规范的目的。
然后对洪灾风险评价常用方法和洪灾风险区划研究进行了评述。
目前主要的洪灾风险评价方法有地貌学方法、水文水力学模型与系统仿真模拟方法、基于历史灾情数据的方法、基于水灾史料和古洪水调查的方法、遥感与GIS方法、基于洪灾形成机制的系统分析方法等。
最后对洪灾风险评价与洪灾风险区划研究进行了小结,并指出了未来在洪灾风险评价与区划的数据基础、洪灾风险评价的时空尺度、洪灾风险区划的理论与方法、洪灾风险评价与区划的技术手段等方面的可能发展前景。
关键词:洪灾风险;洪灾风险评价;洪灾风险区划1引言洪灾是常见的一种自然灾害。
据国际灾害数据库EM-DAJ[1]统计资料显示,自1974 ̄2003年全世界共发生2156场洪灾,导致的死亡人数达206303人,影响的人群超过26亿人,造成的经济损失超过3860亿美元,约占同期所有自然灾害造成经济损失的1/3[2]。
洪灾带来大量人员伤亡和巨大财产损失仍然是当今世界的普遍现象。
由联合国总部发起的国际减灾十年活动中,洪灾是其主要考虑的自然灾害之一。
长江中下游近期河道演变及其主要影响因素近期,长江中下游地区的河道演变成为了一个备受关注的问题。
河道演变既指河流的自然演化过程,也包括人类活动对河流的影响。
长江中下游的河道演变主要包括河道侵蚀、扩张、淤积、缩窄等过程,造成了一系列的环境问题和经济问题。
河道演变的主要影响因素有物理因素、化学因素和人类因素。
物理因素是指河道地貌、气候、流域面积、流量等自然因素对河道演变的影响。
长江中下游流域地势平坦,且容易受到洪水侵袭。
洪水冲刷地面,导致长江水质减差,河道淤积,河套扩大等问题,从而造成了河道演变。
化学因素是指水体中的污染物质对河道演变的影响。
近年来,大量的工业废水和生活废水被直接排入长江,导致了水质的恶化,河道底泥的污染,从而加剧了河道淤积和河道侵蚀等问题。
人类因素是指人类活动对河道演变的影响,包括河道工程环境变化、农业、工业和城市化等人类活动对当地环境的改变。
例如,大规模的农业用水,工业用水和城市用水使得河道入河口水沙含量增加,导致河道淤积和底泥污染,从而加剧了河道演变。
河道演变带来的环境和经济问题不容忽视。
淤积阻碍了航运,威胁了水运安全;河道侵蚀导致了岸线的不断后退,威胁了堤防的稳定性;河道扩张影响了农田,城镇和工矿厂房等基础设施的安全;底泥污染威胁了长江生态系统的稳定性。
这些问题对当地生态,经济几乎造成了不可逆的影响。
为解决河道演变所带来的问题,需要进行全方位的治理。
应当采取有效的环保措施,加强河道管理,治理污染,化解水土流失,遏制雨洪灾害等。
同时,应该注重生态建设,加强生态环境保护,保障生态系统的健康发展。
此外,要加强科学技术的研发,利用科技手段加快治理步伐,确保长江中下游地区的生态经济健康发展。
2020年汛期长江中下游河道洪水过程及特性分析摘要:受厄尔尼诺现象影响,2020年长江流域出现了历时长、范围广的强降雨过程,7月3日至8月17日,长江流域共发生5次编号洪水,长江中下游河道洪水过程及特性变化直接关系到长江流域的防洪安全。
基于此,根据最新实测资料分析了2020年汛期长江中下游河道洪水过程及特性,并初步研究了三峡水库削峰对长江中下游防洪的影响,取得了一些新的认识,可为长江中下游江湖防洪的进一步深入研究提供基础和参考依据。
0引言长江中下游宜昌站至大通站干流河段长约1 183.0 km,其中宜昌站至湖口站为中游河段,长约955.0 km,其间接纳清江、洞庭湖四水(湘、资、沅、澧)、汉江、鄱阳湖五河(赣、抚、信、饶、修)及其他支流入汇;宜昌站至枝城站河段长约60.8 km,属山区性河道向冲积平原河道过渡河道,枝城站至城陵矶河段(俗称荆江河段)全长约347.2 km,城陵矶至湖口站河段长约547.0 km;湖口站至大通站河段长约228.0 km,大通站受潮汐影响不大(图1)。
2012年8月,国家防汛抗旱总指挥部批复了《2012年度长江上游水库群联合调度方案》,进行水库群联合调度;2019年,联合调度范围已扩展至全流域,包括40座控制性水库、46处蓄滞洪区、10座重点大型排涝泵站、4座引调水工程等在内的100座水工程,充分提高了武汉防洪调度的灵活性。
三峡工程蓄水运用以来,汛期水库拦洪削峰引起坝下游洪水过程发生一定的改变1雨情概况根据长江水利委员会水文局统计的长江流域雨情概况(图2),2020年6—8月,长江流域累计面雨量636 mm,其中长江中下游面雨量735 mm,大部分地区降雨量超过800 mm,中游干流北部部分地区超过1 200 mm。
6—7月,强降雨中心主要位于长江中下游干流附近及洞庭湖、鄱阳湖(以下简称两湖)水系北部,累计降雨量600 mm以上,其中武汉、澧水(洞庭湖)、饶河(鄱阳湖)、青弋江水阳江(皖南)地区累计面雨量800 mm以上,最大为饶河流域1206 mm;8月,强降雨中心主要位于长江上游嘉陵江和岷江流域,嘉陵江和岷江流域月累计面雨量约290 mm,其中涪江529 mm、沱江477 mm。
历史时期长江中游河道演变与洪灾发展的规律张人权,梁 杏,万军伟(中国地质大学工程学院,武汉 430074)摘要:历史时期,长江中游的河道在科氏力、掀斜构造活动的影响下,长期南移。
在主泓南移、气候由湿变干、分汊淤浅的背景下,大量人口由北方迁入,促使沿长江主泓的围堤迅速发展。
原先多汊分流的河道,演变为被围堤约束的狭窄河道。
水沙集中于狭窄的堤围河道,洪峰难以调节,泥沙淤高河床,形成水涨堤高、堤高水涨的恶性循环。
宋末至明代,是长江中游围堤基本成型与完善,也是洪水位不断抬升,洪灾不断加剧的时期,说明洪灾加剧与围堤密不可分。
现有的防洪方针,延续了历史上“抗拒洪水”的思路,没有体现“与洪水共处”的原则,需要进行反思。
建议采取“疏导为本”的防洪方针,恢复与增加长江中游分流汊道,扩大江河行洪能力,分散泥沙淤积,以达到可持续治洪的目的。
关键词:长江中游;历史时期;河道演变;围堤;洪灾发展;防洪方针中图分类号:P6411132 文献标识码:A 文章编号:100023665(2003)0420026205收稿日期:2002211214;修订日期:2003204226基金项目:国土资源部地质调查项目(19991230003014专题2)作者简介:张人权(19322),男,教授,主要从事水文地质、环境地质研究和教学。
自先秦至明清,长江中游河道发生了明显的变化:长期南迁,分流汊道减少,河流曲折度增大。
与此同时,长江中游河水位不断抬升,洪灾不断增强。
决定这种演变趋势的因素,主要为新构造运动、科氏力、气候变化,以及修建堤防等。
1 历史时期长江中游河道演变特征1.1 河道长期向南摆动对比先秦与明清的河道,可以看出十分明显的向南迁移,或者说向右侧摆动。
鄂州至武穴,长江两侧均为山地,摆动受到限制。
鄂州以上,长江发育于广阔的江汉-洞庭平原(以下称为两湖平原),南迁幅度很大。
武穴至安庆以西,长江发育于宽度近40km 的宽谷中,南迁幅度次之;安庆以东,长江河谷宽度为10~20km ;河道南迁与边界综合影响的结果,在此范围内形成一系列鹅头形汊道。
长江中下游洪涝灾害的成因分析及防御对策第l7卷第6期1998年l2月f黄i成国铹蚜罨,铂2中T,f岩石力学与工程Ch~=eseJ.口rⅡ{.cMechan{e~and昂ineeT~=917(6):701~7O4De口..1998长江中下游洪涝灾害的成因分析及防御对策7口(中白世伟谷志孟武汉490071)f,33I/T2.2历史在刻记本世纪1931年,1954年长江的大洪水之后,无疑还将铭记1998年的全流域大暴雨,大洪水,大决战.在与洪魔搏斗的抢险中?在堤防溃口的求生中,在扒口行洪的转移中,人们在深思,长江中下游洪涝灾害的这场空前的大恶战缘自于何?l据此,本文欲就其成因及其发展势态予以剖析,并在此基础上,提出相应的对策和建议.1长江中下游洪涝灾害的成因及其发展态势分析长江由60多条主支流和5O多个大小湖泊构成-全长愈6300km,流域面积1.8×10ekm.,是世界第三大河.她流经全国l9个省,市,自治区,滋润着全国115的土地,挠灌着全国114的耕地,哺育着全国1/3的人口,是我们中华民族伟大的母亲河,在我国经济社会生活中,有着举足轻重的作用.然而,每当汛期来临,滔滔洪水日夜不停地冲击堤岸,威胁两岸人民生命财产安全,吞噬岸滨富绕美丽的家园之时,也叫人们心惊胆寒,给我国经济社会的可持续发展带来了沉重的负担和麻烦.从本世纪长江中下游已发生的三次全流域大洪水看.酿成洪涝灾害的原因主要有以下4点:(1)集中降雨量多,强度大,持续时间长,形成恶性降雨组合加之上压下顶,泄洪不畅,造成了洪峰重叠追加.居高不下的局面.以1998年为例口],自6月12日起,长江流域曾出现过8次大范围的持续性强降雨过程.一次是6月12~27日,江南大部份地区暴雨频繁.江西,期南安徽的降雨量比常年同期多l倍多,江西北部多2倍多.一次是7月4~25日,长江三峡地区,江西中北部,湖南西北部和其他沿长江地段.降雨量比常年同期多0.5至2倍.一次是7月末至9月上旬,长江上游,汉水流域,四川东部,重庆,湖北西南部,湖南西北部降雨量较常年同期高出2~3倍.受降雨影响,长江发生了第三次全流域性大洪水.7月份长江中下潞主要的洪量超过1954年,其中宜昌站121.5X10.m.,比1954年多45×10.m.,汉口站16’t.8×l0.ml,比1954年多l2×10.m..长江上游地区的多次长时间的持续性强降雨,加之清江,汉江和洞庭湖水系湘江,资水,沅江,澧水多次大洪水的相追,相加,相叠.鄱阳湖水系信江,修河,馓河和抚河均超1998年10月7H收劲来稿.作者白世伟简舟一男,57岁,1965年毕业于四川大学物理系固体物理专业.现任所长,研兜员,博士生导师,主要从事岩?702?岩石力学与工程1998年历史高水位的”水坝型”顶托.造成泄洪缓慢.水位高居不下,是形成此次长时间高水位的直接原因.(2)无序围垦,无章砍伐,导致生态环境恶化,水土流失,行,蓄洪能力减弱,使得酿成洪涝灾害的可能性加大,抗洪减灾的能力降低.据195;’年调查统计r,长江流域的森林覆盖率为22,水土流失面积还只有36.38x10’kin21到1986年,森林覆盖率只有l0,水土流失面积增加到了73+9dx10km.30年阿,森林覆盖率降低了12.水土流失面积扩大37.56x10’km..何况这种情况继续发展.植被破坏的结果,必然导致水土流失的加剧,江水泥沙量的增加,河床的淤积抬高,径流量的减小和水位的增高.据统计,从1949~1988年的40a间,由于肆意围垦和淤积,洞庭湖的总面积由4350km减到了2145km;鄱阳湖的湖面缩小了1/5)湖北省l066个面积超过0.5km的湖泊只剩下了300个,湖泊面积减小了6OOOkm{江苏省湖面损失了l600km…….帅a阿,长江中下游的湖泊面积总共减少了10OOOkm.,相当原有湖泊面积的45.5,丧失了35X19m的蓄洪能力,几乎为在建三峡水库1.63倍的防洪库容量.此外,严重的水土流失,还使长江流域塘堰的总库容被泥沙淤积了一半以上,中小水库淤积了库容的l/d~1/6.总之,生态环境的恶化,导致了50Xl09m.的库容损失,相当于长江沿线d0个分蓄区的库容.所以说,这是造成长江流域洪涝灾害的又一重要原因.(3)大堤设防标准偏低.堤防工程质量参差不齐,加之堤基地层复杂,又没有进行有针对的加固处理,是形成漫溢和渗漏,管涌,掼堤的根源之一.据了解,大多数堤防的设计,是以当地多年的实地平均水位为标准进行的,只有少数重要干堤,是比照1954年的最高洪水位设计的,这也就是说,大多数堤防防洪标准为l0~20a一遇.重要干堤为50~1O0a一遇.“万里长江,险在荆江”,据荆江险要之最的监利县县志所记r:”全县拥有堤防长516.27km,其中荆江大堤d7-50km,长江干堤96.65km”;1990年荆江大堤和长江大堤的堤身断面比1949年前分别增大1倍和1.4倍,堤顶高程分别增高了3~4111”I其中剂江大堤.堤顶高程达39.35~41-95m,长江干堤的堤顶高程有52.5oA超过1954年当地实有最高水位2111以上,47.5超过l~2m”.而1998年的最高洪峰水位监利站为38.31m,比1954年高出了1.25m,说明设防标准仍然偏低M.此外,由于现有堤防大都是原有堤防通过逐年加筑培修形成的,层面阿的整合和基底的加固,一般都难到位?加之沿江二元结构地层的多变性和白蚁,螯虾,蛇类等动物穿凿和淘挖等等,为堤防工程防洪挡水时产生脱坡,崩岸,掼I=l提供了内在条件,这是形成洪涝灾害又一原因.(d)高新技术投入不足,对险情隐患尚无准确可靠的预测预报手段,不能做到防范于末然,出现险情全靠水来土挡的土办法处理,费工费时,延迟时机.从目前对付长江洪魔的对策,方法和技术看,大都属于历年防汛抗洪中积累总结出来的老办法,老技术.如全线布阵大兵团作战护堤的人海战术I坦表拉阿式排队巡查与水下触摸探测的土方法’苣险}水来土挡头痛治头,脚痛医脚”的土技术抢险等等.这些方法,技术,虽然行之有效,并且取得了一次又一次的成功,但大量耗费人力,物力和财力,而且还会贻误时机,造成失误.在1998年6月9日至9月中旬的抗洪斗争中,现代高新技术成果——星云图一,水位滇进模型”,”因特阿”的应用,使人们预先得知未来水情,f~JT”心中有数,赢得了宝贵的第l7卷第B期白世伟等.长江中下游洪涝灾害的成因分析及防御对策?71)3?时间,并对有限的库容实施了科学合理的错峰调度,避免了片面性,盲目性以及靠人车传递情报资料的时间失误,取得了显着的经济与社会效益.但在防汛抗洪中,有些高新技术成果,如探地雷达,全球卫星定位技术(GPS),回声测量仪,井下摄影和4堵漏剂与丙凝等等虽为抗洪决策提供了一定的依据,但是,由于缺乏对堤防工程结构状态及其相关力学特性与加固处理效果的相应研究,尚未发挥出真正的作用和效果,其主要原因是:(1)科技工作者平时没能把高新技术在防汛抗洪中的应用提到应有的位置,没有针对性地开展相应的试验及应用研究,缺乏足够的技术与经验贮备.如对高水位状态下,堤防工程的渗透,散畏,管涌机理及其形成环境缺乏系统的研究,不敢胃然行事.(2)防汛抗洪,事关重大,防汛工程险情的探测诊断和抢险加固,要求快速,敏捷,可靠,不能有任何失误.风险大,科技人员有思想压力,不敢胃然进行尝试推广.(3)防汛抗洪,属公益性事业,专用技术和产品的应用范围有限,缺乏支撑性投入,驱动力不足.(d)由于高新技术投入不足,既不能做到防患于未然,也不能实现快速及时有效抢救.纵观历史肴现在,自公元前185年至1911年的2096a闻,共发生洪灾214次,平均10a一次}1921年至1949年的28a间,共发生洪灾11次,平均2+5a一次}1990年至1996年的7a间,共发生洪灾5次,平均1.da一次.可见,随着时间的推移,长江干流洪灾发生的频数在逐年增加,而且,越到现代,频率越高,发展势头令人担扰,如不及时采取果断措施,必将危及整个经济社会的可持续发展,带来不堪设想的恶果.总结过去想未来,在洪涝灾害一时难于根除的今天,进一步提高防汛抗洪技能是必要的.在面对21世纪,举步迈向以现代科学技术为核心的知识经济的今天,要大力进行防讯抗洪技术的创新,这也是我们科技工作者义不容辞的职责.2对策与建议从以上论述中不难看出,形成长江中下游洪涝灾害的原因,除气候异常,集中降雨量大之外,还与强调眼前的局部利益,无视流域规划,强1Bj改造自然,导致流域内的环境恶化,水土流失加剧,江河泥沙剧增,蓄洪能力锐减,堤防质量低下等因素密切相关.为根除洪涝灾害,实现经济社会与生态环境的协调发展,国家提出了标本兼治,根治水患的32字指导原则,并作了相应的部署,但它的落实还需要一个很长的过程,并非三年五载所能,因此,防汛抗洪乃是不可忽视的长期任务.为改变当前被动防汛抗洪的局面,本着安全第一,常备不懈,以防为主.积极抢险的精神,为提高防汛抗洪技能,我们从岩土力学的观点与岩土工程稳定的角度出发,提出了以下科学防汛抗洪的对策与建议:(1)长江干堤的分区,分段评价与归类研究即通过综合研究由各种技术手段获得的堤身,堤基,河床及邻近地层的资料,对长江中,下游沿线干堤的稳定性和安全性分区段进行评价和归类,将之分成加固治理和探测技术研究的紧急,重要,欢重要和一般地段,为下一步开展工作提供依据.(2)长江干堤地层信息系统的建立与开发研究,即建立以岩土力学,工程地质理论以及地层勘探资料为基础的沿江堤防工程体系浅部地层信息系统.?704?岩石力学与工程1998正(3)长江干堤堤身,堤基险情的快速探测与诊断技术研究.即通过研究力争在以后的洪水灾害来临时,在各种重大险情出现之前,能在大范围内以低廉的成本进行准确可靠的探测和预警预报,提前采取防范响应.防患于未然,避免重大稳情的出现. (4)长江干堤堤身,堤基险情的快速整治加固材料及相应处理技术研究.即通过研究,使长江干堤已出现的险工险段和重要战略地段得到全面综合治理和有效加固.在以后汛期来临时,使可能出现的堤岸软化崩塌,散漫和管涌等险情可以快速加固处理,疏导和封堵I可能出现的溃口,崩岸等地段可以快速抢救和有效修复{沿线水毁工程在灾后能得到有效恢复.(5)汛后水治工程建筑物的安全评价及整治对策研究,即建立水治建筑物安全评价方法,使沿线水毁工程在灾后能得到有效恢复.(6)建立防洪工程专家系统.即建立防洪工程类别,工程险情评价,险工险段治理对策和洪水期阿险工险段排险措施等功能的系统,以便为政府有关部门提供直观的资料系统和科学决策依据.3结论从我们现有的基础和条件看,在有关部门的重视和支持下,通过广大科技工作者的努力,把诸如浅层地震仪,高密度电法仅,声波探测仪,探地雷达,核子密度仪,孔隙水压计,光电测压计,钻孔摄影仪,滑动测微计,钻孔测斜仪等众多的先进仪器及各种快速加固材料和相应的加固处理技术应用于防汛抗洪实践,改变当前防洪抗洪的被动局面是完全可能的.参考文献l金辉.长江.我为你哭泣.南方日报.1998.&142湖北省致协l资源环境委员会.关于今年我省hhneng (h’ofBoe,k4”岛”J】lf础_拓^e韶∞d舯of隅钟8,4430071)。
长江中下游洪水灾害风险评估研究洪水灾害是我国自古以来面临的重要自然灾害之一,长江中下游地区是我国灾害最为频发的区域之一。
如何科学评估洪水灾害的风险,并采取有效的措施进行预防和减灾,一直是广大研究人员和政府部门关注的焦点。
首先,我们需要了解长江中下游地区洪水的形成原因及特点。
长江是我国最长的河流,流域面积广阔,降水充沛。
加上受人类活动的影响,长江流域的土地利用方式发生了很大变化,河岸堤坝、城市建设等都对洪水风险产生了影响。
因此,长江中下游地区洪水灾害频发,给当地居民的生命财产安全带来了巨大威胁。
其次,我们可以通过环境监测和数据收集,获取长江中下游地区的洪水历史记录,并对其进行分析和总结。
通过长期的观测与统计,我们可以了解到长江洪水的时空分布特征以及可能的危险性。
同时,对于挖掘历史洪水与当下洪水事件之间的共性和区别,可以给我们提供宝贵的参考信息,帮助我们进行风险评估。
针对洪水风险评估,我们可以运用数学模型和统计方法进行分析。
数学模型可以帮助我们模拟长江可能出现的洪水事件,并得出不同洪水等级发生的概率。
同时,统计方法可以通过历史洪水的数据,分析洪水事件与气候、地形等因素的关系,寻找洪水灾害的规律和趋势,从而更好地评估未来可能发生的洪水风险。
除此之外,我们还可以考虑引入遥感技术和地理信息系统,对长江中下游地区的地形、水文、地质等信息进行分析和整合。
通过遥感技术,我们可以获取大范围的地表信息,包括植被、土壤等动态特征,进而推测洪水事件对其的影响程度。
地理信息系统可以将遥感图像与实时水文数据相结合,形成立体分析,帮助我们更好地预测和评估长江洪水灾害的风险。
最后,对于洪水风险评估研究的成果,我们应该及时将其转化为实践措施,以有效应对洪水灾害。
这包括提供洪水预警系统、完善防洪设施、加强社会宣传等方面的工作。
只有将研究成果与实际工作相结合,才能真正发挥洪水风险评估的作用,保护人民群众的生命财产安全。
总之,长江中下游地区洪水灾害风险评估研究对于预防和减少洪水灾害的影响至关重要。
长江中下游水资源分布格局与利用效率研究长江是中国最长的河流,流经中国境内的11个省市,对中国的经济和社会发展起到了重要的作用。
然而,长江中下游地区的水资源分布格局和利用效率问题亟待研究和解决。
长江中下游地区的水资源分布格局是不均衡的。
长江发源于青藏高原,经过五大水库调蓄后进入中下游地区。
长江中下游地区沿江发达,经济繁荣,但同时也面临一系列的水资源问题。
首先,水资源的分布不平衡是长江中下游地区的主要问题之一。
沿江地区水资源相对丰富,水量充沛,但远离江面的内陆地区却面临水资源短缺的问题。
水资源的不平衡分布使得中下游地区的水资源利用效率和可持续性发展受到了限制。
其次,水资源的利用效率低下也是长江中下游地区的难题。
在农业生产中,传统的灌溉方法过度浪费水资源,造成了农业水资源的严重浪费。
与此同时,城市的工业和生活用水也存在大量的浪费现象,未能充分利用和节约水资源。
为了解决长江中下游地区的水资源分布格局和利用效率问题,应采取一系列的措施。
首先,需要建立起合理的水资源调度机制。
由于长江水资源的丰富性和不平衡性,需要建立起合理的跨省、跨区域的水资源调度机制,确保资源的有效利用和合理分配。
这需要各地区的政府和相关部门加强协调,制定合理的水资源调度计划。
其次,应加大水资源的节约利用力度。
中下游地区的农业生产中,应推广节水灌溉技术,提高灌溉效率;在城市的工业和生活用水中,应提倡节约用水的意识,通过使用新型节水设备和技术,减少水资源的浪费。
同时,还可以鼓励中下游地区的各个企业和居民使用雨水收集和再利用系统,最大限度地利用雨水资源。
此外,还应加强水资源的保护和治理工作。
由于长江是我国重要的水资源和生态环境保护区域,需要加大水环境治理的力度,减少污染物的排放,保护长江的水质。
同时,还应加大对长江中下游地区的湿地保护力度,保护湿地的生态系统,促进生物多样性的保护与恢复。
最后,需要加强水资源管理的监督和评估。
制定完善的水资源管理和监督制度,加强对水资源的监测和评估工作,及时发现并解决问题,提高长江中下游地区水资源分布和利用效率的水平。
三峡大坝下游水位变化与河道形态调整关系研究三峡大坝下游水位变化与河道形态调整关系研究作者:杨云平;张明进;孙昭华;韩剑桥;李华国;由星莹作者机构:工程泥沙交通运输行业重点实验室交通运输部天津水运工程科学研究所,天津300456;武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉430072;工程泥沙交通运输行业重点实验室交通运输部天津水运工程科学研究所,天津300456;武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉430072;西北农林科技大学水土保持研究所,杨凌712100;工程泥沙交通运输行业重点实验室交通运输部天津水运工程科学研究所,天津300456;湖北省水利水电规划勘测设计院,武汉430064来源:地理学报ISSN:0375-5444年:2017卷:072期:005页码:776-789页数:14正文语种:chi关键词:枯水位;洪水位;河床调整;成因分析;三峡大坝;长江中下游摘要:三峡水库蓄水利用已有13年,对坝下游洪、枯水位和河道形态调整的影响已初步显现,通过对1955-2016年长江中游水位、河道地形等资料的分析,结果表明:①坝下游各水文站同流量枯水位下降、洪水位变化不大,最低水位上升,最高水位下降趋势;②2002年10月-2015年10月枯水河槽冲刷量占平滩河槽冲刷量的95.5%,冲淤分布由蓄水前“冲槽淤滩”转为“滩槽均冲”,不同蓄水阶段存在差异;③河槽冲刷过程中,上荆江及以上河段枯水位下降趋势趋缓,下荆江及以下河段下降速率增加,应采取防控措施遏制河道水位下降趋势;④枯水河槽冲刷是长江中下游航道水深提升的基础,枯水位降幅小于深槽下切深度,在河道和航道整治工程综合作用下航道尺度提升,提前5年实现了2020年航道尺度规划目标;⑤平滩水位以上河槽形态调整不大,在河床粗化、岸滩植被、人类活动等综合作用下河道综合阻力增加,出现了中洪水流量一高水位现象,应引起足够重视.三峡水库汛期调蓄作用可有效提升中下游洪水防御能力,但不排除遭遇支流洪水叠加效应,中下游洪水压力仍然较大.。
长江中下游洪水的成因及治理对策长江中下游洪涝灾害的成因及治理对策一、长江中下游的地形特点长江自出三峡后,进入下游平原区。
宜昌至湖口为中游,长 955公里,流域面积 68万平方公里。
湖口以下为下游,长 938公里,流域面积 12万平方公里。
干流自宜昌以下,河道坡度变小、水流平缓,枝城以下沿江两岸均筑有堤防。
其中以长 182. 35公里的荆江大堤最为重要和险要。
二、中下游洪涝灾害的原因洪灾与流域气候、自然环境及人类活动有极大的关系。
1.长江流域的洪涝灾害主要原因是暴雨成灾,集中降雨量多,强度大,持续时间长。
暴雨集中在 5, 10月,雨季中下游早于上游,南岸先于北岸,故一般年份各江河洪峰相互错开,不致造成大洪灾。
但如气象反常,雨带徘徊在长江南北两岸,两岸支流洪水和干流洪水同时袭来,外洪内涝,上压下顶,即可酿成大洪水灾害。
例如1998年的特大洪水。
2. 中下游地区天然水环境非常独特,沿江湖泊星罗密布,江湖连通,湖分江洪,具有联动的江湖关系。
湖泊具有较大的调洪作用。
但是,由于中上游无序砍伐,破坏植被,导致水土流失极为严重,长江之水日益变浑,含沙量大,使得湖泊淤积严重,洪道、湖底不断淤高,调蓄容积减少50亿立方米,洪水位抬高,洪涝灾害加剧。
(以洞庭湖为例,湖内多年平均淤积沙量为 9840万立方米,平均每年淤高达厘米,洪道、湖底不断淤积抬高,芦苇从生,洪水渲泄不畅 )3.不断进行围湖造地和洲土开发利用,造成湖面不断缩小,增加了洪水灾害的发生。
长江中下游地区是富饶的鱼米之乡,土地肥沃,突出问题是人口多、耕地少。
围垦使得湖面减少,为保护开发的耕地及居民,修建了许多民堤,人类活动极大地改变了江湖关系,使得洪灾加剧。
4.长江中下游平原及城市全赖堤防保护,大堤对防御中小洪水的作用不言而喻,但随着大堤的修高,洪水位也随之抬高,加之泥沙在河道中不断淤积,增加了洪水危害。
三、洪涝灾害的治理长江中下游治理洪涝的关键任务是,急需解决目前防洪标准偏低与特大洪水频发的矛盾。
河流形态的分维及与洪水关系的探讨———以长江中下游为例马宗伟,许有鹏,李嘉峻(南京大学城市与资源学系,江苏南京 210093)摘要:河流水系形态特征可以通过河流的分形特征来反映,分形维数则是河流分形特征的量化表示,其与河流洪水之间存在着一定的关系。
以长江中下游为例,利用网格覆盖法计算出长江中下游河流分维,分析了长江中下游河流的分形特性,并在此基础上结合长江中下游洪水分析不同水系特征下洪水的特点。
研究结果表明,一般来说河道分维越大、河网分维越小,洪水发生可能性则越高。
关 键 词:河流形态;分形维数;洪水;长江中下游中图分类号:P34311;T V122 文献标识码:A 文章编号:100126791(2005)0420530205收稿日期:2004204212;修订日期:2004207210作者简介:马宗伟(1981-),男,广西北海人,南京大学硕士研究生,主要从事水文水资源研究。
E 2mail :njumazw @1631com 洪水是气候和流域下垫面共同作用下的产物,不同河流形态特征下洪水产生的特点是不同的。
而河流形态特征可以通过河流的分形特征来反映,分形维数则是河流分形特征的量化表示。
20世纪70年代,Mandelbrot 提出了一套数学理论方法:分形几何理论,其目的是研究自然界和社会活动中的无序而又有自相似性的系统[1]。
该理论认为,自然界与人类社会中许多看似无序的系统,实质上是具有分形结构的。
分形结构具有两个特征:自相似性与缺乏平滑性,前者指的是系统本身放大后,可以看到子部与本身相似结构的再度出现,这种出现具有一定的随机性,可以看出看似毫无规律的系统实质上也具有一定的几何规则性;后者说的是分形结构连续但却不可微,这在河流分形结构中尤其能体现出来,河流总是弯弯曲曲连续的,但又凹凸不平缺乏可微分的性质。
作为该理论的应用,Mandelbrot 进行了河流分形特征的探讨,这是分形理论在地理及水文研究中的最初应用[2]。
随着分形理论的发展,该理论在水文学中得到了广泛的应用,特别是在河流水系分形特征、洪水时间序列分形特征等方面取得了很多成果[3~6]。
河流的分形维数(简称分维)这个特征量正是在对河流的分形结构特征的研究中产生的。
不同河流的形态特征对暴雨洪水产生不同的影响,探讨两者之间关系将有助于河流暴雨洪水规律的研究,为此,本文在探讨河流形态分维的基础上结合长江中下游洪水来分析不同水系特征下洪水的特点。
1 河流分维的计算方法河流的分维有两种:河长的分维与河网的分维,前者是针对某一条河流来说的,后者则是针对某一流域所有干支流组成的河网来说的,因此前者又称河道的分维,后者又称河系的分维。
111 河流的分维在求河长分维中,首先确定某一比例尺的河流流域图,然后用某一长度的尺子沿河测量该河流,得出测量次数N 0,r 0是在该比例尺下该尺子所代表的实际长度,当r 0取不同值时,所得N 0值也不同。
当r 0趋向于零的时候,可以得出在该比例尺流域图下该河流的长度L 0[7]为L 0=lim r 0→0N 0r 0(1) 取一指数d ,使得L 0=N 0r d 0(2)第16卷第4期2005年7月 水科学进展ADVANCES I N W ATER SCIE NCE V ol 116,N o 14 Jul.,2005 则d 就是该河流的河长分维,这就是分维的幂指数律。
两边取自然对数,令常数项为C ,则有ln N 0=-d ln r 0+C (3)利用所得的若干组(r 0,N 0)值,通过一元线性回归中的最小二乘法可算出d 的值。
对于自然界大量存在的分形,只是在一定尺度的统计意义上才具有自相似性,其标度不变性往往有一定的范围,只有在有效范围内,客体才具有分形特征,满足幂指数律,这一有效分形范围就是无标度区间[8]。
对于无标度区间的确定,先用最小二乘法得出ln N 0与ln r 0的相关系数r ,其绝对值越接近1,ln N 0与ln r 0线性相关性越好,将此r 0的取值范围作为该分维的无标度区间才具有统计意义,在此区间内该河流或河网才具有分形特征,否则要重新调整r 0的取值范围,直到其能作为无标度区间,只有利用无标度区间内的若干组(r 0,N 0)来估算得出的分维值才能真正反映河流的分形特征。
对于河网分维,与河长分维的计算方法基本上是一致的。
在计算河网的分维时,用r 0去测量某比例尺下流域图中所有干支流的总长,总共需要测量N 0次,则同河长分维一样可以用最小二乘法估计d 的值和确定其无标度区间。
112 网格覆盖法在实际应用过程中,由于一条河流的河道、一个流域的水系总是很复杂的,用某一长度尺子沿河测量河流的方法来计算河长分维与河网分维就显得很麻烦了,在这种情况下,可以用网格覆盖法在某一比例尺的流域图上计算河流河长的分维或河网分维。
首先确定某一比例尺的河流流域图,使用不同长度(l 0)的正方形格网去覆盖被测河流或流域,然后数方格内有河段或河系的网格数(N 0),当正方形网格长度(l 0)出现变化时,则覆盖有被测河段或河系的网格数目N 0必然会出现相应的变化[9],当r 0趋向于零的时候,同样可以得出在该比例尺流域图下该河流的长度或流域河系总长L 0L 0=lim l 0→0N 0l 0(4) 同样可以得出L 0=N 0l d 0 ln N 0=-d ln l 0+C (5)可以看出,网格覆盖法的实质和前面介绍的方法是一致的,只不过使用了一定边长的网格代替一定长度的尺子来衡量河流的长度,当网格边长足够小的时候,其得出的结果和用一定长度尺子测算得出的结果之间的误差是可以忽略不计的,但网格覆盖法却有其无法比拟的优越性:许多GIS 应用软件都可以进行网格分析。
通过计算机来进行网格分析,不仅可以提高分析效率,也可以提高分析精度。
通过网格分析,可得出若干组(l 0,N 0),通过最小二乘法就可以估算出d 值和确定其无标度区间。
2 河流分维与洪水的关系由于河流的分维分为河长与河网两种,因此对于河流分维的研究也分河长与河网分维两种来讨论。
河长分维的不同代表了河道的蜿蜒曲折程度的大小[7],一般来说如果河流河长分维越大,那么该河流也就越蜿蜒曲折,反之亦然。
而河网分维则与流域河网密度有关,通常流域水系分支越多,河网密度越大,那么该流域的河网分形维数也就越大,反过来也一样。
从整个河流或整个流域的角度来探讨的分维,可称之为河流的宏观分维。
目前大多数对河流分维的研究都是宏观上的。
就河长的分维来说,对于同一条河流的不同河段,它们的蜿蜒曲折程度都是不同的,它们的河长分维(微观分维)也是不同的,甚至是相差很大的。
就本文所要探讨的洪水问题来说,对于不同的河段,其洪水发生可能性、洪水强度都是不同的,即便是1998年长江全流域性的特大洪水,各河段的洪水强度也是不一样的,那么宏观上分维的意义也就不大了。
因此要从微观上考虑,把河流根据某一标准划分为若干个河段,分别计算出每一河段的分维,然后把每河段分维与该河段历史洪水的发生可能性、洪水强度等对应起来研究,只有135 第4期马宗伟等:河流形态的分维及与洪水关系的探讨———以长江中下游为例235水科学进展第16卷这样对河流分维的研究才有实际意义。
同样,对于河网分维的研究也分宏观与微观两方面,宏观方面则是从整个流域来考虑计算河网的分维。
而在研究流域内部洪水与河网分维之间的关系时,也须从微观角度来考虑,即把整个流域按某一标准划分为若干个子区域,分别计算每块子区域的河网分维,这样得出的分维对该子域的洪水研究才有参考意义。
因此对一个流域内部进行研究时,宏观分维是不够全面的,但是当要进行流域间的比较研究时,宏观分维是具有参考价值的。
此外,对河流分维的研究是对某一条(或某一段)河道,对某流域(或该流域的子域)进行的,得出的结果是平均分维,因此河流分维反映的是河道的平均蜿蜒曲折的程度和平均河网密度。
河流某河段、或流域某子区域洪水发生可能性、洪水强度,与该河段河长分维或该子区域的河网分维有一定的关联性,从定性分析上看,河道越曲折,河道行洪泄洪就越困难,于是无形中提高了该河段洪水发生的可能性,增强了洪水强度;河网密度越大,流域调节能力越强,从而降低了该区域洪水发生的可能性与洪水强度。
而河道曲折程度与河网密度,都是与河流分维相关的。
本文就是以长江中下游为例,通过定量计算河流分维以及对历史洪水的统计,来研究探讨河流洪水与河流分维之间的关系。
3 长江中下游河流分维的研究及其与历史洪水数据的比较研究本研究是在长江流域图的基础上进行的,研究时以省份为单位,分别计算长江中下游各省份内河网分维以及长江主河道河长的分维。
研究时,先把流域图数字化,然后再采用网格覆盖的方法进行网格分析,在实际分析某个区域的河流分维时,采用了实际距离从10000~30000m不等的网格边长来进行网格分析,通过分析获取分维的相关数据,最后计算各省的河流分维。
在选择要计算的区域时,本研究选择了长江中下游干流流经的5个省(湖北、湖南、江西、安徽、江苏)在长江流域内的部分。
在计算的时候,由于长江中下游是从宜昌开始的,因此计算时湖北省段干流从宜昌开始算;湖南省基本上没有干流流经,将不单独计算该省长江干流河长的分维,而将其纳入湖北省段来计算;江西与湖北、安徽的交界线有一部分是长江,此段长江将看作是长江江西段来计算。
通过分析计算,所得I分维结果见表1。
表1 长江中下游各省份的河流分维T able1Fractal dimensions of the middle and low er course of the Yangtze River省 份省内长江段主河道分维相关系数省内长江流域河网分维相关系数湖北11260199341135019879湖南——1137019904江西11140198171134019915安徽11120198131122019996江苏11140198841124019991为了保持资料的一致性,本研究统计了从1900-1998年长江中下游各省发生洪水的年次(即有洪水的年份的总数目),统计结果见表2。
由于河流分维反映的是某段河流的平均蜿蜒程度或某区域平均河网密度,而各地区洪水发生次数是一个总的统计数,不同省份的长江干流长度与流域面积大小不一,各省发生洪水次数并不具备可比性,因为流域大很多的话,其洪水发生次数相应也会多。
这样统计出的洪水总次数不能反映各省洪水发生的可能性的高低。
为了更好反映洪水与分维之间的关系,本文对洪水分析采用了均值的概念,即统计了每个省的每公里河道与每万平方公里流域平均发生洪水的次数(表2),并把它与该省长江的分维进行比较研究。
在同样的长度或面积下,洪水发生次数的多少,可以较好地说明其洪水发生可能性的高低。