新水情条件下长江–鄱阳湖江湖水量关系变化及调控研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 张琦 |
| 答辩日期 | 2024-05 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 占车生 |
| 关键词 | 耦合模型 长江干流 鄱阳湖 江湖关系 水量交换 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 近几十年，受到自然和人为因素的影响，长江和鄱阳湖演变加剧，导致洪旱灾害频发。研究长江–鄱阳湖江湖水量关系是研究长江–鄱阳湖水系统问题的核心。长江中游的江湖水量关系十分复杂，受到湖盆地形变化、三峡水库调度、气候变化以及其他人类活动（除三峡调度外）多种因素的综合影响。定量区分各种因素对江湖水量关系变化的影响程度，能够为流域水资源管理和生态保护提供科学依据。 本文的创新点在于提出一种新的基于全流域视角，综合考虑多种影响因素的长江中游–鄱阳湖耦合模型框架，并在此基础上构建机器学习–水文–水动力耦合模型，模拟分析湖盆地形变化、三峡水库调度、气候变化及其他人类活动对江湖水量关系变化的贡献率和调控机制，分析鄱阳湖水利枢纽工程建设的影响，揭示枢纽调控对江湖水量交互过程的影响机制，为区域洪旱灾害的防治提供科学依据。本文主要工作如下： 1. 基于水量交换系数 与能差 这两种表征指标，分析江湖水量交换强度的 变化规律，探讨两种指标在长、短时间序列下的适用性。在长时间序列上，两个指标能够一致反映出长江作用减弱和鄱阳湖作用增强的趋势；但在较短时间序列上，能差 能够更稳定地反映江湖作用变化。进一步运用数理统计方法，分析江湖水量关系的变化规律。2003 年三峡水库运行后，鄱阳湖枯水期出流加快、枯水期提前并延长，湖区各水文站中都昌站的水位下降最为显著，达1.49m。近年来星子站和都昌站的年平均水位差值几乎消失，表明两站附近地区湖盆地形的梯度差异因为采砂活动而基本消失。 2. 提出一种新的耦合模型框架，将长江中游–鄱阳湖水系统分解为长江中游干流、鄱阳湖五河、鄱阳湖湖区三个子系统，构建耦合长短时记忆神经网络（Long Short–Term Memory，LSTM）、时变增益水文模型（Times Variant Gain Model，TVGM）和二维水动力模型（NewFlood）的模拟框架。采用一种基于反向传播和梯度下降法的耦合方法，实现NewFlood 和LSTM 子模型间的双向耦合。耦合模型模拟湖区各站水位的平均纳什效率系数（Nash–Sutcliffe Efficiency Coefficient，NSE）达0.93，在综合考虑了湖盆地形变化、三峡水库调度、气候变化及其他人类活动影响的同时，可以合理、准确地模拟江湖水情。 3. 基于构建的长江中游–鄱阳湖流域耦合模型，量化分析湖盆地形变化、三峡水库调度、气候变化以及其他人类活动对鄱阳湖水位变化的贡献率，结果分别为54%、14%和32%。各影响因素对湖泊水位变化的作用机制不同，空间差异十分显著。湖口–星子–都昌一线的湖盆由于采砂的影响严重下降，尤其以都昌最为明显，因此湖盆地形变化对都昌站附近的水位影响最为突出。三峡的季节性调蓄引起长江中下游河床侵蚀下切，加剧鄱阳湖水位下降；其对湖区水位变化的影响在湖口处最大，向南部湖区逐渐减弱。气候变化及其他人类活动对湖区不同站点水位变化的影响大致相当，虽然其在部分年份作为湖泊水位降低的主导因素，但在不同年间对水位变化的影响区别较大，年际变化趋势不明显。 4. 基于耦合模型模拟分析鄱阳湖水利枢纽工程对江湖水量关系的调控作用，揭示枢纽工程的调控机制及其对水体交换能力的可能影响。枢纽调控能有效提升枯水期湖区水位、增加水体容积、降低营养盐浓度，但也降低了特别是湖区北部水体的交换能力，最大流速降幅达15.3%，加剧了这些区域的富营养化风险。枢纽建设对调节湖泊水位、促进生态平衡具有一定的积极作用。然而，其在湖泊水质和水动力方面仍存在潜在的生态风险，因此仍需要进一步地调查和研究。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 127 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209313]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张琦. 新水情条件下长江–鄱阳湖江湖水量关系变化及调控研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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