文档介绍：项目名称:
长江中游通江湖泊江湖关系演变及环境生态效应与调控
首席科学家:
杨桂山中国科学院南京地理与湖泊研究所
起止年限:
-
依托部门:
中国科学院水利部
一、关键科学问题及研究内容
(一)拟解决的关键科学问题及其内涵
长江中游通江湖泊江湖水沙交换过程与通量变化是江湖、尤其是湖泊演变的控制因素之一,长江中上游重大水利工程建设运行通过改变坝下河道水文情势和河床形态而对江湖水沙交换关系产生巨大影响。深入揭示江湖关系演变过程及重大水利工程影响机理,阐明重大水利工程影响下江湖关系变化的湖泊水文、水环境和水生态效应,提出江湖两利的江湖关系优化调控的方法与对策是本项研究的三个关键环节。据此,本项研究需要解决的关键科学问题包括:(1)长江中游通江湖泊江湖关系演变过程及重大水利工程影响机理;(2)湖泊水文、水环境和水生态对江湖关系改变的响应机制;(3)江湖关系健康评价与优化调控的原理和方法。
1、长江中游通江湖泊江湖关系演变过程及重大水利工程影响机理
长江中游通江湖泊江湖关系核心是长江和湖泊之间的水沙交换,包括交换过程与通量,这种水沙交换与长江干流和湖泊水沙输移、河床和湖盆地形演变等要素形成互馈影响关系。河湖整治和利用等重大水利工程建设、气候波动引起的上游来水来沙量变化等,都将对江湖水沙过程和通量产生巨大影响。重大水利工程的建设运行,作为强烈的人类活动之一,其对水文系统的影响及互馈机制是当前国际水文学研究热点和发展趋势,与气候波动性和渐变性影响不同,重大水利工程影响具有趋势性和突变性的特点,其与河湖水文系统的互馈影响机理也十分复杂。本科学问题的主要内涵包括:通江湖泊江湖水沙交换过程与通量的年际变化及年内分布;不同时期江湖关系变化的主要影响因素;长江、鄱阳湖和洞庭湖水沙运动的动力学机制;重大水利工程不同运行方案下泄水沙在江湖水系中的传播与衰减规律;江湖水沙过程与河床、湖盆演变的互馈影响机理;重大水利工程影响下江湖水沙交换过程和通量变化趋势等。
2、湖泊水文、水环境和水生态对江湖关系改变的响应机制
与长江的水沙交换决定了通江湖泊独特的水文、水环境和水生态格局及其形成机制,江湖关系变化必将导致湖泊水文水动力条件改变,进而影响江湖干旱洪水极端事件和湖泊污染物分布与水环境容量,以及湖泊生态系统结构与洲滩湿地植被群落的演替。本科学问题的主要内涵包括:湖泊水位、水量和流场对江湖关系变化响应的时空分异规律;干旱和洪水过程响应江湖关系变化的演变机制;
湖泊水文水动力等条件变化对水环境容量、富营养化及蓝藻水华发生发展趋势的影响;湖泊浮游生物、底栖生物种群、湿地植被群落以及珍稀鸟类栖息地生境对水情变化的响应过程与适应机理等。
3、江湖关系健康评价与优化调控的原理与方法
长江与通江湖泊江湖关系随长江和湖泊水文情势变化而不断变化,如何评价重大水利工程影响对这种平衡打破的利弊以及采取什么途径和方法调控,实现江湖两利的动态平衡,成为维系长江中游江湖水系水安全的关键。本科学问题的主要内涵包括:中游通江湖泊江湖关系健康评价指标体系与标准;长江中游江湖水系重大水利工程一体化优化调度的原理和方法等。
(二)主要研究内容
围绕上述关键科学问题,本项目拟重点开展以下四个方面的研究。
1、长江中游通江湖泊江湖关系演变过程与机制
以长江中游通江湖泊江湖水系近50多年来长序列实测水文气象和河床、湖盆地形等数据为基础,研究长江与通江湖泊水沙交换关系变化的历史过程,辨析不同时期水沙交换过程与通量时空分布特征;建立江湖水沙交换与湖泊流域和长江干流主要气象水文要素的统计关系,分析不同时期降水蒸发量变化、重大水利工程建设、荆江裁弯等河道整治以及通江湖泊湖区联圩并垸、围垦、湖盆淤积、退田还湖等湖泊治理利用工程引起的河床、湖盆冲淤变化,评估这些变化对长江干流河道和通江湖泊水沙输移的影响,揭示不同时期江湖关系演变的主要驱动机制,评估相关重大江湖整治与利用工程对江湖关系影响的利弊;通过洞庭湖三口、鄱阳湖湖口及江湖交汇河段水文资料分析及观测试验,分析洞庭湖和鄱阳湖与长江江湖分流与顶托倒灌关系现状特征和形成机制。
2、三峡工程对长江江湖分汇河段与湖泊水沙交换的影响
基于水沙原型观测资料,研究长江干流河道泥沙运移和重点河段河床演变规律,建立一维和平面二维非恒定流泥沙数学模型,模拟分析三峡工程对干流河道泥沙运移和重点河段河床冲淤演变影响的长期效应;在此基础上,结合三维紊流泥沙模型,开展长江干流荆江河段、城陵矶河段、荆江三口分流洪道、九江河段与鄱阳湖出口河道等重点江湖分汇河段的水流结构、悬移质泥沙输移的精细模拟,分析重大水利工程对江湖分汇河段水沙输移和河床冲淤演变的影响;研究通江湖泊水动力和泥沙运动基本规律,构建适合天然复杂水域和复杂水情水沙模