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湖泊流域水量調(diào)控 版權(quán)信息
- ISBN：9787030679369
- 條形碼：9787030679369 ; 978-7-03-067936-9
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
湖泊流域水量調(diào)控 內(nèi)容簡(jiǎn)介
本書以南四湖流域?yàn)槔U述湖泊流域水文模擬模型、水動(dòng)力學(xué)模擬模型的建立過程，揭示調(diào)水?dāng)_動(dòng)的水文效應(yīng)；構(gòu)建湖泊流域洪水資源適度利用理論，以及洪水資源潛力評(píng)價(jià)、河網(wǎng)溝通優(yōu)化、濱湖反向調(diào)節(jié)、湖泊汛限水位優(yōu)化等洪水資源利用方法；研發(fā)用水總量控制約束下農(nóng)業(yè)需水結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型與控制策略；創(chuàng)建湖泊流域供需水資源調(diào)控模型，解析南水北調(diào)東線工程與當(dāng)?shù)氐乇硭⒌叵滤⒃偕榷嗨凑{(diào)配機(jī)制，探討外調(diào)水對(duì)區(qū)域供水保障的貢獻(xiàn)和工程適應(yīng)性調(diào)控方案，以及很嚴(yán)格水資源管理制度背景下流域水資源集約利用策略。
湖泊流域水量調(diào)控 目錄
目錄
序（一）
序（二）
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 5
1.2.1 調(diào)水引起的水文效應(yīng) 5
1.2.2 湖泊流域洪澇災(zāi)害模擬 7
1.2.3 流域洪水資源利用 8
1.2.4 農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化 9
1.2.5 水資源優(yōu)化配置 11
1.3 研究區(qū)概況 13
1.4 研究框架、方法與特點(diǎn) 17
1.4.1 研究框架 18
1.4.2 研究區(qū)特點(diǎn)及研究方法 19
1.4.3 研究特點(diǎn) 21
第2章 湖泊流域水文模型及應(yīng)用 22
2.1 概述 22
2.2 南四湖“三湖兩河”洪水演算數(shù)值模型及其改進(jìn) 24
2.2.1 模型假定 25
2.2.2 “三湖”洪水演算控制方程 26
2.2.3 “兩河”洪水演算控制方程 27
2.2.4 一些處理 27
2.2.5 基于四階龍格-庫塔法模型求解 30
2.2.6 討論 36
2.3 入湖子流域水文模型 39
2.3.1 湖東泗河流域空間離散化 40
2.3.2 湖西洙趙新河流域空間離散化 43
2.3.3 模擬方法與數(shù)據(jù) 44
2.3.4 模型率定與驗(yàn)證 45
2.4 土地利用變化的湖泊流域洪水響應(yīng) 50
2.4.1 情景設(shè)置 50
2.4.2 土地利用變化對(duì)入湖子流域及湖泊洪量與洪峰的響應(yīng)分析 52
2.4.3 湖東與湖西土地利用變化對(duì)入湖洪量與洪峰的貢獻(xiàn)分析 54
2.4.4 土地利用變化對(duì)不同湖區(qū)洪峰的影響分析 55
2.4.5 土地利用對(duì)不同湖區(qū)水位變化的響應(yīng) 57
2.5 本章小結(jié) 63
第3章 湖泊流域洪澇模擬模型及應(yīng)用 66
3.1 概述 66
3.2 湖泊洪澇易感區(qū)水動(dòng)力模型 69
3.2.1 模型結(jié)構(gòu) 69
3.2.2 入湖一維河網(wǎng)水動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建 71
3.2.3 湖泊洪澇易感區(qū)二維水動(dòng)力模型構(gòu)建 74
3.2.4 湖泊洪澇易感區(qū)一、二維模型耦合與校驗(yàn) 77
3.3 湖泊水位與濱湖洼地洪澇災(zāi)害的響應(yīng)關(guān)系 81
3.3.1 方案設(shè)置 81
3.3.2 湖泊水位變動(dòng)對(duì)濱湖區(qū)的澇災(zāi)影響 82
3.3.3 入湖河流洪水受湖泊水位的頂托效應(yīng)分析 86
3.4 調(diào)水?dāng)_動(dòng)的湖泊流域水文效應(yīng)研究 87
3.4.1 汛期應(yīng)急調(diào)水對(duì)南四湖濱湖區(qū)受澇影響 88
3.4.2 正常調(diào)水條件下南四湖濱湖區(qū)洪澇風(fēng)險(xiǎn) 91
3.4.3 應(yīng)急補(bǔ)水的南四湖水文生態(tài)效應(yīng) 95
3.5 本章小結(jié) 100
第4章 湖泊流域洪水資源適度利用理論方法及應(yīng)用 102
4.1 概述 102
4.2 湖泊流域洪水資源適度利用數(shù)學(xué)描述 103
4.2.1 洪水資源利用定義 103
4.2.2 流域洪水資源利用概念性模型 103
4.2.3 流域洪水資源適度利用的*優(yōu)性條件 104
4.3 湖泊流域洪水資源利用潛力評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用 106
4.3.1 相關(guān)概念辨析 106
4.3.2 洪水資源利用現(xiàn)狀與潛力評(píng)價(jià)方法 109
4.3.3 南四湖流域應(yīng)用實(shí)例 109
4.4 濱湖反向調(diào)節(jié)洪水資源利用方法 112
4.4.1 濱湖反向調(diào)節(jié)洪水資源利用模型 112
4.4.2 濱湖反向調(diào)節(jié)供水區(qū)需水與蓄水空間 115
4.4.3 結(jié)果分析與討論 119
4.5 湖西平原水系溝通互濟(jì)洪水資源利用 123
4.5.1 考慮河床下滲的河網(wǎng)洪水行為模擬模型 123
4.5.2 模型結(jié)構(gòu)與初邊界條件 127
4.5.3 模型率定與驗(yàn)證 128
4.5.4 河網(wǎng)中主要河道行洪能力評(píng)估 130
4.5.5 湖西河網(wǎng)優(yōu)化調(diào)控方案模擬研究 133
4.5.6 調(diào)度方案效果綜合評(píng)價(jià) 134
4.6 湖泊分期汛限水位優(yōu)化設(shè)計(jì) 138
4.6.1 流域汛期劃分研究 139
4.6.2 南四湖分期設(shè)計(jì)洪水計(jì)算 141
4.6.3 南四湖汛限水位分期運(yùn)用方案優(yōu)選 145
4.7 本章小結(jié) 151
第5章 湖泊流域農(nóng)業(yè)需水結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型及應(yīng)用 153
5.1 概述 153
5.2 依據(jù)的理論與方法 154
5.2.1 非充分灌溉理論 154
5.2.2 作物水分生產(chǎn)函數(shù) 155
5.2.3 作物生育期需水與灌溉需水量計(jì)算 158
5.3 區(qū)域農(nóng)業(yè)需水優(yōu)化模型 160
5.3.1 目標(biāo)函數(shù) 161
5.3.2 決策變量 162
5.3.3 約束條件 163
5.3.4 求解方法 165
5.4 南四湖流域應(yīng)用實(shí)例 166
5.4.1 南四湖流域分區(qū)與種植結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀 166
5.4.2 基礎(chǔ)資料與模型參數(shù)確定 168
5.4.3 計(jì)算結(jié)果與合理性分析 174
5.5 本章小結(jié) 179
第6章 湖泊流域水資源供需雙側(cè)調(diào)控模型及應(yīng)用 180
6.1 概述 180
6.2 流域供水側(cè)模型 183
6.2.1 多水源優(yōu)化配置模型 183
6.2.2 湖庫優(yōu)化調(diào)度模型 187
6.3 流域需水側(cè)模型 190
6.4 流域水資源供需雙側(cè)調(diào)控模型實(shí)現(xiàn)過程 190
6.4.1 模型分層優(yōu)化求解 190
6.4.2 供需雙側(cè)協(xié)同調(diào)控實(shí)現(xiàn)過程 191
6.5 南四湖流域應(yīng)用實(shí)例 192
6.5.1 水資源系統(tǒng)概化 192
6.5.2 調(diào)蓄水控制工程運(yùn)行架構(gòu) 196
6.5.3 供需水等相關(guān)數(shù)據(jù)及預(yù)測(cè) 197
6.5.4 計(jì)算結(jié)果分析 202
6.6 本章小結(jié) 206
參考文獻(xiàn) 207
后記 217
序（一）
序（二）
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 5
1.2.1 調(diào)水引起的水文效應(yīng) 5
1.2.2 湖泊流域洪澇災(zāi)害模擬 7
1.2.3 流域洪水資源利用 8
1.2.4 農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化 9
1.2.5 水資源優(yōu)化配置 11
1.3 研究區(qū)概況 13
1.4 研究框架、方法與特點(diǎn) 17
1.4.1 研究框架 18
1.4.2 研究區(qū)特點(diǎn)及研究方法 19
1.4.3 研究特點(diǎn) 21
第2章 湖泊流域水文模型及應(yīng)用 22
2.1 概述 22
2.2 南四湖“三湖兩河”洪水演算數(shù)值模型及其改進(jìn) 24
2.2.1 模型假定 25
2.2.2 “三湖”洪水演算控制方程 26
2.2.3 “兩河”洪水演算控制方程 27
2.2.4 一些處理 27
2.2.5 基于四階龍格-庫塔法模型求解 30
2.2.6 討論 36
2.3 入湖子流域水文模型 39
2.3.1 湖東泗河流域空間離散化 40
2.3.2 湖西洙趙新河流域空間離散化 43
2.3.3 模擬方法與數(shù)據(jù) 44
2.3.4 模型率定與驗(yàn)證 45
2.4 土地利用變化的湖泊流域洪水響應(yīng) 50
2.4.1 情景設(shè)置 50
2.4.2 土地利用變化對(duì)入湖子流域及湖泊洪量與洪峰的響應(yīng)分析 52
2.4.3 湖東與湖西土地利用變化對(duì)入湖洪量與洪峰的貢獻(xiàn)分析 54
2.4.4 土地利用變化對(duì)不同湖區(qū)洪峰的影響分析 55
2.4.5 土地利用對(duì)不同湖區(qū)水位變化的響應(yīng) 57
2.5 本章小結(jié) 63
第3章 湖泊流域洪澇模擬模型及應(yīng)用 66
3.1 概述 66
3.2 湖泊洪澇易感區(qū)水動(dòng)力模型 69
3.2.1 模型結(jié)構(gòu) 69
3.2.2 入湖一維河網(wǎng)水動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建 71
3.2.3 湖泊洪澇易感區(qū)二維水動(dòng)力模型構(gòu)建 74
3.2.4 湖泊洪澇易感區(qū)一、二維模型耦合與校驗(yàn) 77
3.3 湖泊水位與濱湖洼地洪澇災(zāi)害的響應(yīng)關(guān)系 81
3.3.1 方案設(shè)置 81
3.3.2 湖泊水位變動(dòng)對(duì)濱湖區(qū)的澇災(zāi)影響 82
3.3.3 入湖河流洪水受湖泊水位的頂托效應(yīng)分析 86
3.4 調(diào)水?dāng)_動(dòng)的湖泊流域水文效應(yīng)研究 87
3.4.1 汛期應(yīng)急調(diào)水對(duì)南四湖濱湖區(qū)受澇影響 88
3.4.2 正常調(diào)水條件下南四湖濱湖區(qū)洪澇風(fēng)險(xiǎn) 91
3.4.3 應(yīng)急補(bǔ)水的南四湖水文生態(tài)效應(yīng) 95
3.5 本章小結(jié) 100
第4章 湖泊流域洪水資源適度利用理論方法及應(yīng)用 102
4.1 概述 102
4.2 湖泊流域洪水資源適度利用數(shù)學(xué)描述 103
4.2.1 洪水資源利用定義 103
4.2.2 流域洪水資源利用概念性模型 103
4.2.3 流域洪水資源適度利用的*優(yōu)性條件 104
4.3 湖泊流域洪水資源利用潛力評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用 106
4.3.1 相關(guān)概念辨析 106
4.3.2 洪水資源利用現(xiàn)狀與潛力評(píng)價(jià)方法 109
4.3.3 南四湖流域應(yīng)用實(shí)例 109
4.4 濱湖反向調(diào)節(jié)洪水資源利用方法 112
4.4.1 濱湖反向調(diào)節(jié)洪水資源利用模型 112
4.4.2 濱湖反向調(diào)節(jié)供水區(qū)需水與蓄水空間 115
4.4.3 結(jié)果分析與討論 119
4.5 湖西平原水系溝通互濟(jì)洪水資源利用 123
4.5.1 考慮河床下滲的河網(wǎng)洪水行為模擬模型 123
4.5.2 模型結(jié)構(gòu)與初邊界條件 127
4.5.3 模型率定與驗(yàn)證 128
4.5.4 河網(wǎng)中主要河道行洪能力評(píng)估 130
4.5.5 湖西河網(wǎng)優(yōu)化調(diào)控方案模擬研究 133
4.5.6 調(diào)度方案效果綜合評(píng)價(jià) 134
4.6 湖泊分期汛限水位優(yōu)化設(shè)計(jì) 138
4.6.1 流域汛期劃分研究 139
4.6.2 南四湖分期設(shè)計(jì)洪水計(jì)算 141
4.6.3 南四湖汛限水位分期運(yùn)用方案優(yōu)選 145
4.7 本章小結(jié) 151
第5章 湖泊流域農(nóng)業(yè)需水結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型及應(yīng)用 153
5.1 概述 153
5.2 依據(jù)的理論與方法 154
5.2.1 非充分灌溉理論 154
5.2.2 作物水分生產(chǎn)函數(shù) 155
5.2.3 作物生育期需水與灌溉需水量計(jì)算 158
5.3 區(qū)域農(nóng)業(yè)需水優(yōu)化模型 160
5.3.1 目標(biāo)函數(shù) 161
5.3.2 決策變量 162
5.3.3 約束條件 163
5.3.4 求解方法 165
5.4 南四湖流域應(yīng)用實(shí)例 166
5.4.1 南四湖流域分區(qū)與種植結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀 166
5.4.2 基礎(chǔ)資料與模型參數(shù)確定 168
5.4.3 計(jì)算結(jié)果與合理性分析 174
5.5 本章小結(jié) 179
第6章 湖泊流域水資源供需雙側(cè)調(diào)控模型及應(yīng)用 180
6.1 概述 180
6.2 流域供水側(cè)模型 183
6.2.1 多水源優(yōu)化配置模型 183
6.2.2 湖庫優(yōu)化調(diào)度模型 187
6.3 流域需水側(cè)模型 190
6.4 流域水資源供需雙側(cè)調(diào)控模型實(shí)現(xiàn)過程 190
6.4.1 模型分層優(yōu)化求解 190
6.4.2 供需雙側(cè)協(xié)同調(diào)控實(shí)現(xiàn)過程 191
6.5 南四湖流域應(yīng)用實(shí)例 192
6.5.1 水資源系統(tǒng)概化 192
6.5.2 調(diào)蓄水控制工程運(yùn)行架構(gòu) 196
6.5.3 供需水等相關(guān)數(shù)據(jù)及預(yù)測(cè) 197
6.5.4 計(jì)算結(jié)果分析 202
6.6 本章小結(jié) 206
參考文獻(xiàn) 207
后記 217
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湖泊流域水量調(diào)控 節(jié)選
第1章 緒論 1.1 研 究 背 景 興水利、除水害歷來是治國(guó)安邦的大事，也是水利學(xué)科的根本目的（Anderson，1992）。水資源調(diào)控是指通過調(diào)節(jié)地面水利工程、地下蓄水空間和人類用水行為，使水資源時(shí)空分配與人類和生態(tài)環(huán)境需求盡可能相適應(yīng)的過程，是實(shí)現(xiàn)“興水利、除水害”國(guó)家目標(biāo)的重要手段。然而，水資源時(shí)空分布受氣候、降水和地形影響，呈現(xiàn)高度隨機(jī)性；人類和生態(tài)環(huán)境對(duì)水的需求受人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展及人們追求高品質(zhì)生活的驅(qū)動(dòng)，居高不下，并具有高度不確定性（劉國(guó)緯，1995；張建云和陳潔云，1995）。因此，水資源調(diào)控是一個(gè)需要供需雙側(cè)聯(lián)動(dòng)、多層次多目標(biāo)協(xié)調(diào)的復(fù)雜性科學(xué)問題。盡管自20世紀(jì)40年代Masse提出水庫優(yōu)化調(diào)度、開啟水資源調(diào)控定量化研究，至今已有近80年的歷史，但是由于人們尚未完全確知降水、徑流，以及人類開發(fā)利用過程中的全部信息和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，加之氣候和下墊面動(dòng)態(tài)變化中蘊(yùn)含諸多不確定性，水資源調(diào)控仍然是當(dāng)前水利學(xué)科的重要前沿（夏軍和石衛(wèi)，2016）。 我國(guó)湖泊數(shù)量眾多，湖泊水面總面積約占國(guó)土總面積的1%，主要集中于青藏高原、東北平原和東部平原。排名前10的湖泊中，東部平原有5個(gè)，包括洞庭湖、鄱陽湖、太湖、洪澤湖、南四湖。它們均處于長(zhǎng)江和淮河下游。與一般河流流域相比，這些湖泊流域，均以湖泊為集中的流域受納水體，其水安全狀態(tài)面臨如下挑戰(zhàn)：①經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展迅猛，河道外用水需求大，水資源短缺問題突出；②湖泊入流眾多，源短流急，濱湖地區(qū)洪澇災(zāi)害嚴(yán)峻；③湖泊平淺，較小的水量擾動(dòng)就可能引起較大的水面變化，生態(tài)系統(tǒng)脆弱性與水量的響應(yīng)關(guān)系敏感；④人水關(guān)系密切復(fù)雜，水環(huán)境負(fù)荷大，水質(zhì)惡化威脅嚴(yán)重。因此，湖泊流域作為一類特殊的地貌單元和流域類型，其水問題治理的復(fù)雜性和難度，早已引起了科學(xué)家和工程師的密切關(guān)注和高度重視。例如，有關(guān)洞庭湖、鄱陽湖的研究，歷來是研究長(zhǎng)江江湖關(guān)系的重點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注（王鳳等，2008；Li et al.，2014；Wagner et al.，2016）；自20世紀(jì)80年代，就有學(xué)者針對(duì)太湖復(fù)雜的河網(wǎng)地形特點(diǎn)，著手建立“太湖流域模型”，近年來隨著藍(lán)藻暴發(fā)等水環(huán)境事件的發(fā)生，社會(huì)各界給予了更多的關(guān)注，也形成了一大批研究成果（王臘春等，2000；程文輝等，2006；Zhai et al.，2010）。相比較而言，隸屬淮河流域的洪澤湖、南四湖被關(guān)注程度則少了很多，但隨著2014年我國(guó)南水北調(diào)東線工程的全線貫通，洪澤湖、駱馬湖、南四湖、東平湖這四顆“珍珠”被串了起來，因此這些湖泊的水安全問題也由區(qū)域問題躍升到國(guó)家戰(zhàn)略，逐步受到社會(huì)各界的重視（劉昌明和杜偉，1986；趙世新等，2012）。 南水北調(diào)東線工程跨越長(zhǎng)江、淮河、黃河和海河四大流域，旨在從長(zhǎng)江下游取水，向黃淮海平原東部和山東半島補(bǔ)充水源，與引黃工程和南水北調(diào)中線工程一起，共同解決我國(guó)華北地區(qū)水資源短缺問題。它通過13級(jí)泵站逐級(jí)提水，連通洪澤湖、駱馬湖、南四湖和東平湖等天然湖泊，并作為重要調(diào)蓄場(chǎng)所，將長(zhǎng)江水送至黃河以北和山東半島（劉恒和耿雷華，2011）（圖1-1）。作為跨流域調(diào)水的調(diào)蓄節(jié)點(diǎn)，沿線的各個(gè)湖泊既是受水區(qū)又是輸水區(qū)。工程調(diào)水期間調(diào)入水成為受水區(qū)水體的一部分，直接參與湖泊流域水循環(huán)過程。顯然，外調(diào)水增加改變湖體水量的同時(shí)，勢(shì)必影響湖內(nèi)水位、流向、流速及流域蒸發(fā)、下滲等水文學(xué)參數(shù)。根據(jù)南水北調(diào)總體規(guī)劃，南四湖作為南水北調(diào)東線工程的調(diào)蓄場(chǎng)所，一期工程計(jì)劃年調(diào)水量88億m3，工程運(yùn)行期間南四湖下級(jí)湖水位將達(dá)到32.8 m，相較于同期多年平均水位提升1 m左右，上級(jí)湖水位保持在34 m運(yùn)行，相較于同期多年平均水位提升了0.48 m左右（劉昌明和杜偉，1986；Wang et al.，2019a）。調(diào)水期間，若遭遇強(qiáng)暴雨天氣，可能會(huì)增加防洪風(fēng)險(xiǎn)。 南水北調(diào)東線一期工程自2013年試驗(yàn)通水，截至2020年底已完成了7個(gè)年度的調(diào)水計(jì)劃，累計(jì)調(diào)入山東省水量達(dá)46.16億m3，在緩解山東半島近年來的極端連續(xù)干旱事件中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。為此，近期正在規(guī)劃實(shí)施南水北調(diào)東線二期工程，以進(jìn)一步擴(kuò)大調(diào)水規(guī)模。僅山東省多年平均調(diào)水規(guī)模將從南水北調(diào)東線一期工程的13.53億m3增大到37.75億m3，新增引江水量24.22億m3，調(diào)入、調(diào)出南四湖水量分別為97.60億m3、80.40億m3，這意味著在南四湖流域?qū)⑾乃?7.20億m3，相當(dāng)于該流域水資源總量的1/3（http：）。南水北調(diào)東線工程不是一個(gè)利用渠道、涵洞封閉輸水的調(diào)水工程，而是一個(gè)利用沿途自然湖泊調(diào)蓄、水量逐級(jí)分配耗散的大型工程，大規(guī)模外調(diào)水直接參與受水流域水文循環(huán)，通過人-水系統(tǒng)的相互作用，對(duì)生態(tài)環(huán)境和區(qū)域用水行為產(chǎn)生重要影響。因此，南水北調(diào)東線工程沿線湖泊流域面臨水安全的新挑戰(zhàn)。 自2009年以來，作者以南四湖流域?yàn)閷?duì)象，力圖站在全流域角度以尋求調(diào)水?dāng)_動(dòng)條件下湖泊流域水安全有效途徑為出發(fā)點(diǎn)，以“面向水安全的湖泊流域水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)控”為主線，從服務(wù)防洪除澇能力與供水能力提升兩方面，重點(diǎn)開展湖泊流域水文模擬、湖泊流域洪澇模擬、湖泊流域洪水資源利用、農(nóng)業(yè)需水結(jié)構(gòu)優(yōu)化與供需協(xié)調(diào)水資源調(diào)控等方面的研究，旨在一方面服務(wù)南四湖流域科學(xué)管理，另一方面為南水北調(diào)東線的洪澤湖、駱馬湖、東平湖等沿線湖泊及其他類似湖泊流域水安全管理提供借鑒和參考。誠(chéng)然對(duì)南四湖而言水環(huán)境、水生態(tài)也是非常重要的方面，但限于時(shí)間和篇幅，本書尚未涉及有關(guān)內(nèi)容，這也正是本書取名為《湖泊流域水量調(diào)控》的原因。 圖1-1 南水北調(diào)東線工程概化圖 受季風(fēng)氣候的影響，南四湖流域降水年內(nèi)分布很不均勻，高度集中于汛期（6～9月），其降水量占年降水量的72%。濱湖區(qū)排澇標(biāo)準(zhǔn)較低（3～5年一遇），洪澇災(zāi)害嚴(yán)重頻繁，平均每3～5年就發(fā)生一次大的澇災(zāi)。2003年，濱湖洼地內(nèi)受災(zāi)面積達(dá)192.63萬畝 ，成災(zāi)面積159.49萬畝，絕產(chǎn)面積77.08萬畝。南四湖入流眾多，地形復(fù)雜，洪水易漲難消，與濱湖區(qū)澇水交換頻繁。由于濱湖區(qū)地勢(shì)低洼，河道坡降小，濱湖區(qū)高程在36.79 m以下地區(qū)基本失去自排能力，澇水全部依靠泵站提排入河再入湖。平原湖區(qū)排澇除了受降雨量、排澇工程標(biāo)準(zhǔn)影響，湖泊水位對(duì)入湖河道水位的頂托，也會(huì)顯著影響濱湖區(qū)排澇過程。根據(jù)地形、地勢(shì)和洪水特性，研發(fā)適合湖泊自身特點(diǎn)、兼顧精度和效率的洪水演算數(shù)值模型，是湖泊流域建設(shè)規(guī)劃與洪水實(shí)時(shí)管理的基礎(chǔ)性工作，也是全面掌握南四湖洪水演進(jìn)情形、提出洪澇治理科學(xué)方案的關(guān)鍵（王友貞，2015）。 另外，按照規(guī)劃，南水北調(diào)東線工程在非汛期調(diào)水，但若受水區(qū)汛期旱情嚴(yán)重，也會(huì)啟動(dòng)調(diào)水活動(dòng)，如山東半島2014～2018年遭遇超過50年一遇的嚴(yán)重干旱，汛期多日調(diào)水東送至山東半島，以緩解水資源短缺形勢(shì)（李素，2015）。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，山東省尤其是半島地區(qū)水資源緊張態(tài)勢(shì)將進(jìn)一步加劇，南水北調(diào)東線工程只按規(guī)劃在非汛期進(jìn)行調(diào)水，已遠(yuǎn)不能滿足山東省用水需求，汛期調(diào)水有望成為常態(tài)。為此，應(yīng)急調(diào)水在為山東半島提供水量的同時(shí)，將提高南四湖水位，此時(shí)若發(fā)生類似2003年的旱澇急轉(zhuǎn)現(xiàn)象，濱湖區(qū)洪澇情景將會(huì)怎樣？這是目前南水北調(diào)工程運(yùn)行及南四湖流域水資源、水生態(tài)與防洪排澇管理中亟待回答的科學(xué)問題。 此外，作為全國(guó)重要的糧棉生產(chǎn)基地，農(nóng)業(yè)是南四湖流域*大的用水戶（魏寧寧等，2014），其用水量占總用水量的80%以上。隨著城市化進(jìn)程加快，第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)用水呈剛性增長(zhǎng)，這為農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)適應(yīng)性調(diào)整提出了迫切需求。湖庫工程作為連接天然來水與用水戶之間的樞紐，是水資源調(diào)控的重要載體，科學(xué)調(diào)度水庫（湖泊）等蓄水工程是實(shí)現(xiàn)水資源合理分配的重要手段，在水資源調(diào)控與防洪減災(zāi)中發(fā)揮著越來越重要的作用（中華人民共和國(guó)水利部，2013）。水庫優(yōu)化調(diào)度是水資源利用領(lǐng)域歷久彌新的研究問題，它能在不改變水庫工程規(guī)模的前提下，顯著增加防洪與興利效益，在工程界受到高度關(guān)注和廣泛應(yīng)用。如何通過水資源優(yōu)化配置與工程調(diào)度聯(lián)合緩解水資源緊缺、水環(huán)境惡化等復(fù)雜水問題，實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等多方面效益的可持續(xù)發(fā)展，成為當(dāng)前水庫調(diào)度研究中的熱點(diǎn)問題。以往水庫調(diào)度多是根據(jù)長(zhǎng)系列來水和供水資料，結(jié)合地區(qū)人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況給定河道外用水，采用以需定供的原則給出水庫調(diào)度策略，供水側(cè)與需水側(cè)之間的交互是單向的，其結(jié)合是相對(duì)松散的。全面落實(shí)*嚴(yán)格水資源管理制度等新時(shí)期治水理念，為水庫調(diào)度提出了新要求，強(qiáng)化供水側(cè)與需水側(cè)協(xié)同調(diào)控，提出雙側(cè)適應(yīng)、緊密結(jié)合的調(diào)度模式已成為必然。 本書以受調(diào)水嚴(yán)重?cái)_動(dòng)的典型湖泊流域—南四湖流域?yàn)檠芯吭圏c(diǎn)，以探尋保障水安全的有效途徑為著眼點(diǎn)，緊密圍繞防洪排澇能力和供水能力提升為目標(biāo)，在系統(tǒng)梳理國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展、深入剖析實(shí)踐需求的基礎(chǔ)上，指出應(yīng)解決的關(guān)鍵問題如下。 （1）如何建立適宜的水文模型，模擬揭示大型淺水湖泊流域洪水和徑流的時(shí)空演變與數(shù)量特征，為洪澇災(zāi)害過程模擬和水資源配置調(diào)度提供可靠的邊界條件。 （2）如何精確模擬不同水文條件下湖泊-洼地-河網(wǎng)間的洪澇交互作用，解析調(diào)水期間，遭遇湖泊高水位、暴雨極端條件下的洪澇情景，為南水北調(diào)工程運(yùn)行提供借鑒和參考。 （3）如何充分挖掘流域洪水資源利用潛力，在不增加洪澇風(fēng)險(xiǎn)和保障河湖生態(tài)健康的前提下，盡可能多地提供河道外供水，減少南水北調(diào)東線的輸水壓力。 （4）如何協(xié)同優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和水利工程調(diào)度規(guī)則，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)用水主導(dǎo)區(qū)水資源的集約化利用，既能有效控制用水需求，又能讓水資源宏觀配置策略落實(shí)落地。 本書圍繞上述湖泊流域水量調(diào)控關(guān)鍵問題展開研究的意義如下。 （1）針對(duì)入流繁多、地形復(fù)雜、邊界受控的特殊性，把湖泊“三湖兩河”洪水演算數(shù)值模型，與入湖支流控制流域分布式水文模型結(jié)合起來，建立兼顧模擬精度與計(jì)算效率的湖泊流域水文模型，而不是盲目追求模擬精度而忽視計(jì)算效率的水動(dòng)力學(xué)模型的做法，是值得借鑒推廣和倡導(dǎo)的。 （2）模擬解析汛期調(diào)水在湖泊高水位遭遇暴雨洪水時(shí)可能造成的洪澇影響范圍，從而為南水北調(diào)東線工程調(diào)水規(guī)則調(diào)整和區(qū)域防洪排澇應(yīng)對(duì)提供科學(xué)依據(jù)，是當(dāng)前南水北調(diào)東線工程沿線湖泊共同關(guān)注的問題。 （3）基于流域水利工程組成與布局，在闡明洪水資源適度利用理論的基礎(chǔ)上，通過因地制宜地選擇洪水資源利用方式，充分挖掘利用洪水資源，實(shí)現(xiàn)防洪安全、供水可靠和降低調(diào)水的多重目標(biāo)，對(duì)含有人工入流控制的湖泊流域管理意義重大。 （4）通過農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在實(shí)現(xiàn)種植效益不降低的前提下，盡可能地壓縮用水需求，與流域控制工程優(yōu)化調(diào)度緊密結(jié)合起來，通過供需雙側(cè)聯(lián)合調(diào)控，推動(dòng)流域水資源供需松散管理向嚴(yán)格管理的轉(zhuǎn)變。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 1.2.1 調(diào)水引起的水文效應(yīng) 調(diào)水?dāng)_動(dòng)的水文效應(yīng)主要指由跨流域調(diào)水活動(dòng)所引起的地下水、徑流、水位、水質(zhì)，以及洪澇災(zāi)害等水文參數(shù)和特征的變化。早期國(guó)內(nèi)外關(guān)于水文效應(yīng)的研究主要聚焦在土地利用/覆被變化引起的水文效應(yīng)、城市化引起的水文效應(yīng)以及水庫建設(shè)水文效應(yīng)等典型人類活動(dòng)引起的水文效應(yīng)等方面（Legesse et al.，2003；Niedda et al.，2014；張建云等，2014）。跨流域調(diào)水作為一種解決水資源時(shí)空分布不均的大型工程，由水量調(diào)出流域、輸水沿線和受水流域三個(gè)部分組成（邵東國(guó)，2001）。調(diào)水對(duì)供水區(qū)*直接的影響體現(xiàn)為減少供水區(qū)可用水量，進(jìn)而減小供水區(qū)水體消納污染物的能力，影響供水區(qū)濕地及生態(tài)系統(tǒng)的健康；對(duì)受水區(qū)而言，大量的調(diào)入水增加了受水區(qū)的可用水量，在為受水區(qū)補(bǔ)充水源、造福人類的同時(shí)，也顯著改變了輸水區(qū)與受水區(qū)的水文特性（Aron et al.，1977；Kundell，1988）。 相對(duì)于城市化和土地利用改變的水文效應(yīng)研究來說，跨流域調(diào)水的水文效應(yīng)研究起步較晚。Lindsey（1957）對(duì)跨流域調(diào)水所造成的影響進(jìn)行了研究，但直到20世紀(jì)90年代，研究仍較少。從1992年起，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)跨流域調(diào)水的研究
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