5環(huán)境影響預測與評價

5.1江湖關(guān)系及水文情勢影響預測評價

5.1.1預測方法

采用數(shù)學模型法，建立長江干流宜昌至徐六涇的一維水沙模型、鄱陽湖湖區(qū)

二維水沙模型和定床水動力學模型，模擬預測長江中下游干流水沙過程、沖淤變

化和鄱陽湖區(qū)、入江水道的水沙變化和沖淤分布等。模型以三峽水庫蓄水運行以

來十余年的實測資料進行驗證，通過改進非均勻沙挾沙力、混合層厚度、分流分

沙模式等模擬關(guān)鍵技術(shù)，提高了三峽水庫壩下游水沙數(shù)學模型精度，解決“兩湖”

復雜水網(wǎng)的模擬技術(shù)難題。

5.1.1.1江湖河網(wǎng)一維水沙模型

（1）模型簡介

長江中下游江湖河網(wǎng)一維水沙運動數(shù)學模型是適用于模擬河道、水庫、湖泊

等水流泥沙運動的全沙模型，其理論基礎(chǔ)是非均勻沙不平衡輸沙理論，可以計算

模型內(nèi)各斷面水位、流量、含沙量等水沙要素，模型已在長江、黃河、洞庭湖和

鄱陽湖等諸多重要水域得到了廣泛應用，取得了良好效果。

長江、洞庭湖、鄱陽湖河網(wǎng)發(fā)達，進行長系列、長距離計算，宜采用一維河

網(wǎng)模型。長江中下游江湖河網(wǎng)一維水沙運動數(shù)學模型，模擬范圍長江干流上起宜

昌，下至徐六涇，除給定宜昌入口斷面的水沙邊界外，還有清江、漢江、湖口等

水沙邊界，下游出口斷面給定水位邊界。洞庭湖區(qū)的水沙條件，主要考慮湘水、

資水、沅水、澧水的水沙匯入，洞庭湖與長江的水沙交互，由河網(wǎng)模型內(nèi)部計算。

模型還包含鄱陽湖湖區(qū)及贛江、撫河、信江、饒河、修河尾閭，考慮了鄱陽湖五

河的水沙匯入及鄱陽湖周邊取排水內(nèi)邊界。

長江中下游江湖河網(wǎng)一維水沙運動數(shù)學模型計算過程按恒定流處理，時段按

日劃分。床沙級配共分15組，即<0.005mm、0.005～0.01mm、0.01～0.025mm、

0.025～0.05mm、0.05～0.1mm、0.1～0.25mm、0.025~0.5mm、0.5～1mm、1～2mm、

2～4mm、4～8mm、8～16mm、16～32mm、32～64mm、64～100mm。前8組計

1

算懸移質(zhì)，后7組計算推移質(zhì)。床沙組成分層計算，共分5層。

（2）模型率定與驗證

1）對長江中下游江湖河網(wǎng)模型的長江干流部分的率定

基于2003~2006年的實測資料，共計算了21站的水位、流量。其中長江干

流8站，分別是宜昌、枝城、沙市、新廠、監(jiān)利、螺山、漢口和大通，鄱陽湖湖

口外長江干流的水位流量也有計算；洞庭湖區(qū)（含三口河道）13站，分別是新江

口、沙道觀、彌陀寺、康家崗、管家鋪、安鄉(xiāng)、大湖口、官垸、南嘴、南縣、草

尾、小河咀、自治局。在模型率定的基礎(chǔ)上，采用2003年~2012年的實測地形

（部分斷面2014年）和2003~2013（2014）年實測水沙數(shù)據(jù)進行了驗證計算。

主要從河段沖淤量、測站水位流量關(guān)系等方面驗證模型的可靠性。

長江干流2003年~2013年各站的水位流量率定驗證結(jié)果見圖5.1.1-1，可見

各站模型計算水位流量關(guān)系與實測符合良好。長江中游宜昌至江陰河段分段沖淤

驗證結(jié)果見圖5.1.1-2，可見計算值與實測值符合良好。

宜昌枝城

沙市新廠

2

監(jiān)利螺山

漢口大通

圖5.1.1-1長江干流主要測站2003~2013年水位流量驗證成果圖

0.00

-1.00

-1.40-1.46-1.46

-2.00-1.59-1.56

-2.00

-3.00-2.51-2.62

)

3-2.9

-3.12

m-3.40-3.31

億

(-4.00

-5.00

沖刷量-4.82

-5.32

-6.00計算值

實測值-6.21

-7.00-6.52

圖5.1.1-2長江中下游2003~2012年河道沖淤驗證結(jié)果圖

2）對長江中下游江湖河網(wǎng)模型的鄱陽湖區(qū)部分的率定

將1998年星子和屏峰兩站的模型計算水位與同期實測水位進行了對比。在

模型率定良好的基礎(chǔ)上，基于1999~2010實測水沙系列進行了驗證計算，分別將

星子和屏峰兩站的計算水位與同期的實測水位進行對比。湖區(qū)水位率定驗證結(jié)果

見圖5.1.1-3，模型計算的水位與實測值符合良好。

3

對比分析一維河網(wǎng)模型計算的1998-2010年鄱陽湖湖區(qū)沿程沖淤累積計算

結(jié)果，1998至2010年間，1至14號斷面之間沖刷0.72億m3，約合1.0億t，在

1至17號斷面之間的沖刷0.98億m3，約合1.32億t，這與同期湖口實測出湖泥

沙總量1.48億t相近；模型計算在15-1至28號斷面之間的淤積0.68億m3，約

合0.92億t，這與同期實測的五河入湖泥沙總量0.93億t相近；河網(wǎng)模型計算湖

區(qū)沖刷總量為0.48億t，與以輸沙量法估算所得的0.55億t相近。以上三點都證

明了河網(wǎng)模型計算所得沖淤量的合理性。

2325

實測值計算值實測值計算值

21星子星子

1920

)

17)

1515

黃?；鶞?/p>

13黃海基準

(m,56

11(m,5610

水位

9水位

7率定5驗證

5

30

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7

1

7

1

7

1

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1

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1

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7

1

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2005

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2004

2003

2003

2002

2002

2001

2001

2000

2000

1999

1999

2321

實測值計算值實測值計算值

21屏峰19屏峰

19

17

)

17)

15

15

13

黃?；鶞?/p>

13黃?；鶞?/p>

11

(m,56

(m,5611

9

水位

水位9

77

5率定5驗證

33

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1

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1

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1

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2003

2003

2002

2002

2001

2001

2000

2000

1999

1999

圖5.1.1-3一維模型鄱陽湖區(qū)水位率定及驗證

5.1.1.2鄱陽湖二維水動力學模型

（1）模型簡介

鄱陽湖二維水動力學模型模擬范圍為五河七口控制站以下至湖口區(qū)域，見圖

5.1.1-4，采用均勻網(wǎng)格，網(wǎng)格大小為180m×180m，網(wǎng)格總數(shù)為93410。模型的上

邊界為6個流量邊界，流量數(shù)據(jù)采用五河七口站點流量加區(qū)間入流；下邊界為1

個水位邊界，水位數(shù)據(jù)采用湖口站水位。氣象和風場采用鄱陽氣象站數(shù)據(jù)。糙率

分區(qū)給定。

4

圖5.1.1-4鄱陽湖二維水動力學模型范圍及邊界

（2）模型率定與驗證

模型率定采用2009-2010年實測數(shù)據(jù)，驗證采用2010-2014年數(shù)據(jù)。星子、

都昌、棠蔭和康山4個站的水位率定和驗證成果見圖5.1.1-5，湖口站流量率定和

驗證成果見圖5.1.1-6，模型計算水位和流量的誤差統(tǒng)計見表5.1.1-1，由圖表可

見，4個水位站的平均相對誤差均小于3%，湖口站流量平均相對誤差小于12%，

模型對水位、流量的模擬效果較好。

同時，利用遙感影像的水面分布數(shù)據(jù)，來驗證模型模擬的水面面積，見表

5.1.1-2，模型能夠較好模擬鄱陽湖水面面積的豐、枯變化，其中豐水期誤差1.6%，

平水期誤差5.4%，枯水期誤差在11%左右。

5

圖5.1.1-5鄱陽湖主要水位站水位模擬值與實測值對比圖

圖5.1.1-6湖口站流量模擬值與實測值對比圖

6

表5.1.1-1模型計算水位和流量的誤差統(tǒng)計表單位：水位m、流量m3/s

率定期（2009/8/1-2010/7/31）驗證期（2010/8/1-2014/7/31）

平均絕對平均相對RMS均平均絕對平均相對RMS均

站點NS系數(shù)NS系數(shù)

誤差誤差方根誤差誤差誤差方根誤差

星子0.171.51%0.250.990.141.31%0.201.00

都昌0.191.66%0.250.990.242.27%0.300.99

棠蔭0.211.68%0.260.990.231.92%0.290.98

康山0.332.48%0.390.970.362.85%0.430.93

湖口

751.7712.00%1273.790.94518.0810.87%746.030.93

流量

表5.1.1-2模型計算水面面積和遙感影像水面面積的對比表單位：km2

時間星子水位遙感影像面積模擬面積絕對誤差相對誤差

2013/10/0511.561769.9241865.00995.08555.37%

2013/11/227.091158.8441288.094129.249811.15%

2014/07/2016.473065.3493016.505-48.84431.59%

5.1.1.3鄱陽湖湖區(qū)二維泥沙模型

（1）模型簡介

鄱陽湖湖區(qū)水沙運動平面二維數(shù)學模型的理論基礎(chǔ)是非均勻沙不平衡輸沙

理論，該模型考慮因素全面，具有精度高、穩(wěn)定性好和計算速度快，能夠適應于

各種復雜邊界條件的水流泥沙模擬，在國內(nèi)外多個河流、湖泊和水庫中得到廣泛

應用，解答了包括三峽工程在內(nèi)的大量工程泥沙問題，均取得了良好效果。

（2）模型率定與驗證

1）水位率定和驗證

鄱陽湖平面二維水沙數(shù)學模型水位的率定和驗證。在1998年實測地形基礎(chǔ)

上，以1998~2010年的水沙系列進行了計算，其中1998年用于模型率定，

1999~2010年過程用于模型驗證。將星子和屏峰計算水位與兩站同期實測水位進

行對比，分別見圖5.1.1-7和圖5.1.1-8，可見模型水位計算成果可靠。

2323

實測值計算值實測值計算值

21星子21屏峰

1919

)

)1717

1515

黃?；鶞?/p>

黃梅基準1313

(m,56

(m,561111

水位

水位99

77

55

33

圖5.1.1-7二維模型的水位率定結(jié)果

7

2121

實測值計算值實測值計算值

19星子19屏峰

1717

)

)

1515

1313

黃?；鶞?/p>

黃?；鶞?/p>

1111

(m,56

(m,56

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水位

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