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变化环境下河网区的水文过程演变

发布日期:2021-05-08 23:30浏览次数:
本文摘要:河网区位于河流和海洋交汇的过渡地区,其最明显的特征是从海洋(潮汐)和陆地(河流)两个方向不起作用,具有海陆相互作用弱、威慑因素多等特点。河网区同时是海岸带环境变化最集中的区域,人类活动和海面变化对其社会经济、资源环境的影响是持续而深远的影响,其多年积累效果加剧了海岸风化、海水侵略和土壤盐渍化等灾害,是沿岸防潮排水基础设施的河网区集中在世界四分之三的大城市。 在中国,河网区也是经济发展的龙头地区,是人口密度最低、每单位面积GDP贡献次之的地区之一。

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河网区位于河流和海洋交汇的过渡地区,其最明显的特征是从海洋(潮汐)和陆地(河流)两个方向不起作用,具有海陆相互作用弱、威慑因素多等特点。河网区同时是海岸带环境变化最集中的区域,人类活动和海面变化对其社会经济、资源环境的影响是持续而深远的影响,其多年积累效果加剧了海岸风化、海水侵略和土壤盐渍化等灾害,是沿岸防潮排水基础设施的河网区集中在世界四分之三的大城市。

在中国,河网区也是经济发展的龙头地区,是人口密度最低、每单位面积GDP贡献次之的地区之一。以珠江三角洲(以下简称珠江三角洲)河网区为例,该地区经济社会高速发展,河网交错,人口密集,城镇集中,30年完成发达国家近100年的发展过程,占全国约0. 21%的土地约22 从20世纪50年代开始,珠江三角洲河网区白藤堵塞海、围筑城门、河道挖砂、航道整治等大规模活动频率再次发生,在一定程度上改变了河道地形特征。

特别是80年代末以来,珠江三角洲向城市化、工业化发展,大规模基础设施沙使用量激增,经常出现珠江三角洲范围内大量开采河床泥沙的现象,进一步加剧河道堰塞湖,介入河床形态的自然发展过程,河网区的一断面水量频度和水位频度不对应,同一水文事件的上下游水文要素频度不完全一致,流场流状态不均匀分布变化等,严重影响该地区的防洪、供水、航运和生态安全性。由于全球变暖和人类轻微活动的双重原因,近年来珠三角河网区的水文过程再次发生了明显变化,水文水资源问题也日益突出,严重威胁珠三角城市的供水安全性和河道生态环境健康。

但是,目前相关的研究理论和方法还不到成熟期,特别是轻微的人类活动和海面下降对该地区水文过程发展的影响机制尚不清楚,处理手段缺乏理论基础。《变化环境下珠江河网区水文过程演进研究》 (刘丙军编著.北京:科学出版社,2019. 6 )一书对珠三角河网区水文水资源系统的现状和问题展开了更系统的分析,融合国内外河网区水文过程研究现状及其趋势,水文学、水力学、系统分析了城市化建设、河道钻井砂、河口造田等典型人类活动对下铺面变化、河网水系结构及河道地形的影响,研究了变化环境对降水、径流、洪水、水动力过程等水文要素变异的驱动效果。

得到的主要研究结果是:(1)近年来,由于比较晚的城市化建设、河道钻井沙、河口造田等高强度人类活动,流域下铺面变化明显。比较晚的城市化建设导致地区湿地和耕地持续增加,城市用地持续大幅减少,水域面积大幅增加,水系结构发生变化,最终级河流的河数和河长显着增加。河道挖砂、河口造田等引起西北江三角洲水路的显著变化,引起河床横向堰塞湖的显著变化,河道长度比增大,三角洲上游河槽容积减少,下游河口区西四门和参考门水路容积增大。(2)全球变暖和城市化建设使河网区的降水过程再次发生了明显的变化。

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不受西太平洋副热带高压面积指数和强度指数减少的影响,广州市汛期降水量稳定上升,量级小降水(中雨以上等级)雨量明显增加,中雨以上等级降水天数减少,短时降水明显减少。不受城市化建设的影响,广州市城区和下风向的降水量、天数和强度变化程度比上风向更明显,短时间降水下午、深夜到清晨的频率减少,雨峰位于前、中期的短时间降水比例显著增加。(3)利用聚类分析方法,将珠三角河网区上游北江流域的洪水过程分为高强度平缓洪水、高强度外凸型洪水、中强度平缓洪水、低强度平缓洪水和低强度外凸型洪水5种洪水。

不受气候变化的影响,北江流域的洪水强度有强化的趋势。不受飞来峡水库建设的影响,下游石角站各类洪水洪峰水位经常出现不同宽度的上升,水库洪水调整效果较好。

(4)利用水文特征值重构方法,在河道地形变化、上游来水变化等因素的影响下,分析河网区径流水文因素等变异特征,发现三水站流量和水位综合变化度超过高度,水位呈现圆形明显上升趋势马口站的流量变化度为中度,水位综合变化度超过高度,水位上升明显。两站同再生期的设计流量减少,同级流量的再生期延长。

(5)利用copula函数方法分析了西江干流高要站和北江干流石角站洪枯遭遇的特点,发现随着时间的变化,两个站点的设计再现期条件下设计流量大幅度减少,洪水形势大不利。西江和北江枯水遭遇的可能性低于洪水的可能性,两江洪量遭遇的可能性低于洪峰遭遇的可能性。本书的研究非常丰富,完善了变化环境下河网区水文水资源系统的号召和应对理论,增进河口地区水资源的可持续利用,具有最重要的理论和实践中的意义。

研究成果对我国长江三角洲、环渤海湾等河网地区的水资源开发也具备最重要的胶水。


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