典型年螺山站水位-流量关系变化及成因分析

doi:10.11988/ckyyb.20240751

长江科学院院报 ›› 2024, Vol. 41 ›› Issue (12): 29-39.DOI: 10.11988/ckyyb.20240751

典型年螺山站水位-流量关系变化及成因分析

陈致远¹^,²^,³(), 梅翰林³, 金光球¹^,², 郭超³, 金中武³()

¹ 河海大学水利水电学院,南京 210098
² 河海大学水灾害防御全国重点实验室,南京 210098
³ 长江科学院水利部长江中下游河湖治理与防洪重点实验室,武汉 430010

收稿日期:2024-07-16 修回日期:2024-07-31 出版日期:2024-12-01 发布日期:2024-12-01
通信作者:
金中武(1976-),男,湖北崇阳人,正高级工程师,博士,主要从事河流泥沙及治河工程研究。E-mail: zhongwujin@163.com
作者简介:
陈致远(2000-),男,江西安义人,硕士研究生,主要从事水力学及河流动力学等方面的研究。E-mail: ChenZhiyuan000817@163.com
基金资助:
长江水科学研究联合基金项目(U2040205); 长江水科学研究联合基金项目(U2240206); 国家重点研发计划项目(2022YFC3202602); 湖南省水利科技项目(XSKJ2022068-39)

Variation Trend and Causes of Stage-Discharge Relationship at Luoshan Station in Typical Years

CHEN Zhi-yuan¹^,²^,³(), MEI Han-lin³, JIN Guang-qiu¹^,², GUO Chao³, JIN Zhong-wu³()

¹ College of Water Conservancy and Hydropower Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China
² National Key Laboratory of Water Disaster Prevention, Hohai University, Nanjing 210098, China
³ KeyLaboratory of River and Lake Regulation and Flood Control in the Middle and Lower Reaches of MWR,Changjiang River Scientific Research Institute, Wuhan 430010, China

Received:2024-07-16 Revised:2024-07-31 Published:2024-12-01 Online:2024-12-01

摘要/Abstract

摘要：

螺山站是长江干流与洞庭湖出流的汇口水文站,水位-流量关系复杂,是长江中游防洪重要的依据站之一。为进一步探究冲刷条件下螺山站水位-流量关系的演变趋势和影响因素,基于1990—2021年实测水位、流量数据和部分年份河道断面数据,采用M-K检验法、Theil-Sen Median方法和水位-流量关系综合校正法,分析冲刷条件下螺山站的水位-流量关系变化趋势和影响因素。结果表明: ①螺山站年际枯水和中水流量级的水位呈较显著下降趋势,与枯水和基本河槽的形心下降幅度基本一致;而洪水流量级的水位波动范围较大,但没有显著的上升趋势。②三峡水库的运行使得螺山站和汉口站的水位差波动范围缩小,平均水位差总体增大,但在2013年后的汛期水位差缩小,可能导致汛期对螺山站顶托加剧。③螺山站在2016年和2020年的洪水连续过程中受顶托、涨落率和其他因素影响的贡献率均值分别为34.76%、23.82%、41.42%和31.38%、50.62%、18.00%,表明顶托和涨落率是影响水位的主要影响因素,但其他因素的影响率在部分年份可能偏大。

关键词: 水位-流量关系, 下游顶托, 涨落率, 河道形态调整, 螺山站

Abstract:

Luoshan hydrological station serves as a crucial flood control base in the middle reaches of the Yangtze River as it is located at the confluence of mainstream Yangtze River and the outflow of Dongting Lake with complex stage-discharge relationship. We analyzed the trends and influencing factors of stage-discharge relationship at Luoshan Station under erosion conditions by employing the M-K test method, Theil-Sen Median method, and a comprehensive correction approach for stage-discharge relationship based on measured water level and discharge data from 1990 to 2021 and typical river section data for selected years. Our key findings are as follows: 1) The water levels at Luoshan Station for low and medium discharges significantly decreased, which was consistent with the decline of the centroid elevation of low water-level channel and basic channel. Conversely, the water level at flood discharges exhibited large fluctuation range, yet with a non-significant upward trend. 2) The operation of the Three Gorges Reservoir has narrowed the fluctuation range of water level differences between Luoshan Station and Hankou Station, leading to an overall increase in the average water level difference. However, after 2013, the water level difference within flood flow intervals reduced, potentially exacerbating topwater conditions at Luoshan station during the flood season. During continuous flooding events in 2016 and 2020, contributions from topwater elevation, fluctuation rate, and other influencing factors at Luoshan Station averaged 34.8%, 23.8%, 41.4% and 31.4%, 50.6%, and 18.0% respectively; indicating that topwater elevation and fluctuation rate are primary influencing factors on water levels while other contributing factors may have larger proportions in certain years.

Key words: stage-discharge relationship, downstream jacking, rate of fluctuation, channel geometry adjustment, Luoshan station

中图分类号:

TV147

陈致远, 梅翰林, 金光球, 郭超, 金中武. 典型年螺山站水位-流量关系变化及成因分析[J]. 长江科学院院报, 2024, 41(12): 29-39.

CHEN Zhi-yuan, MEI Han-lin, JIN Guang-qiu, GUO Chao, JIN Zhong-wu. Variation Trend and Causes of Stage-Discharge Relationship at Luoshan Station in Typical Years[J]. Journal of Changjiang River Scientific Research Institute, 2024, 41(12): 29-39.

时期	流量/(m³·s^-1)
时期	沙市站	监利站	螺山站	汉口站
枯水期	6 130	6 250	10 370	11 500
中水期	11 150	10 830	18 700	20 600
洪水期	20 900	19 400	33 600	37 600

时期	流量/(m³·s^-1)
时期	沙市站	监利站	螺山站	汉口站
枯水期	6 130	6 250	10 370	11 500
中水期	11 150	10 830	18 700	20 600
洪水期	20 900	19 400	33 600	37 600

流量级	年限		Z
流量级	年限		沙市站		监利站		螺山站	汉口站	沙市站	监利站	螺山站	汉口站
Q_30%	1990—2002年	-0.915		-2.318*		-0.305		1.281	-0.015	-0.058	-0.010	0.014
Q_30%	2003—2021年	-5.232*		-3.337*		-4.338*		-5.318*	-0.150	-0.036	-0.091	-0.071
Q_60%	1990—2002年	-0.183		1.403		0.305		1.403	-0.002	0.048	0.010	0.028
Q_60%	2003—2021年	-5.528*		-2.274*		-4.198*		-3.219*	-0.135	-0.071	-0.068	-0.052
Q_90%	1990—2002年	0.793		1.769		-0.183		0.183	0.027	0.117	-0.052	0.016
Q_90%	2003—2021年	-3.429*		1.679		0.350		0.560	-0.073	0.047	0.005	0.030

流量级	年限		Z
流量级	年限		沙市站		监利站		螺山站	汉口站	沙市站	监利站	螺山站	汉口站
Q_30%	1990—2002年	-0.915		-2.318*		-0.305		1.281	-0.015	-0.058	-0.010	0.014
Q_30%	2003—2021年	-5.232*		-3.337*		-4.338*		-5.318*	-0.150	-0.036	-0.091	-0.071
Q_60%	1990—2002年	-0.183		1.403		0.305		1.403	-0.002	0.048	0.010	0.028
Q_60%	2003—2021年	-5.528*		-2.274*		-4.198*		-3.219*	-0.135	-0.071	-0.068	-0.052
Q_90%	1990—2002年	0.793		1.769		-0.183		0.183	0.027	0.117	-0.052	0.016
Q_90%	2003—2021年	-3.429*		1.679		0.350		0.560	-0.073	0.047	0.005	0.030

年份	形心高程/m			对应流量级水位/m
年份	枯水河槽	基本河槽	平滩河槽	枯水河槽	基本河槽	平滩河槽
2006	14.469	17.890	20.157	20.860	24.635	28.322
2016	13.462	16.918	19.360	20.045	23.857	28.608
2021	13.134	16.798	19.328	19.652	23.735	28.799
2016年与 2006年差值	-1.007	-0.972	-0.797	-0.815	-0.778	0.286
2021年与 2016年差值	-0.328	-0.12	-0.032	-0.393	-0.122	0.191

典型年螺山站水位-流量关系变化及成因分析

Variation Trend and Causes of Stage-Discharge Relationship at Luoshan Station in Typical Years

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水位/m	螺山站不同涨落率校正后的流量/(m³·s^-1)
水位/m	-0.5 m/d	-0.4 m/d	-0.3 m/d	-0.2 m/d	-0.1 m/d	0 m/d	0.1 m/d	0.2 m/d	0.3 m/d	0.4 m/d	0.5 m/d
20	9 180	9 330	9 480	9 620	9 760	9 900	10 040	10 170	10 300	10 440	10 570
22	13 170	13 380	13 590	13 800	14 000	14 200	14 400	14 600	14 780	14 970	15 160
24	18 180	18 470	18 760	19 050	19 320	19 600	19 880	20 140	20 400	20 670	20 900
26	22 350	22 710	23 070	23 420	23 760	24 100	24 430	24 760	25 090	25 410	25 740
28	28 850	29 310	29 770	30 220	30 670	31 100	31 530	31 960	32 380	32 790	33 200
30	37 850	38 450	39 050	39 650	40 230	40 800	41 370	41 930	42 480	43 020	43 600
32	42 670	43 360	44 030	44 700	45 350	46 000	46 600	47 270	47 900	48 500	49 100
34	55 100	56 000	56 900	57 700	58 570	59 400	60 220	61 000	61 840	62 630	63 400

年份	螺山站水位/ m	螺山站流量/ (m³·s^-1)	汉口站水位/ m	涨落率/ (m·d^-1)	拟合水位/ m	水位综合波动值/m	顶托贡献率/%	涨落贡献率/%	其他贡献率/%
2016	33.35	51 800	28.27	-0.08	33.204	0.277	22.02	25.27	52.71
	25.87	21 300	21.54	-0.39	25.851	0.863	66.15	31.59	2.26
	32.01	43 900	27.18	0.63	31.179	1.507	11.98	32.87	55.16
2020	33.63	55 900	28.47	0.09	33.456	0.818	28.31	50.38	21.32
	33.05	48 000	28.45	-0.20	32.885	0.883	74.96	6.35	18.70
	24.83	25 000	19.05	0.56	24.721	2.004	42.37	52.17	5.46

[1]	赵力学, 黄解军, 程学军, 申邵洪, 袁艳斌. 基于VMD-BP模型的河流流量预测方法[J]. 长江科学院院报, 2020, 37(7): 47-52.
[2]	张晶, 冯宝飞, 罗世冰. 长江2017年第1号洪水莲花塘站洪水预报分析[J]. 长江科学院院报, 2018, 35(11): 41-45.