鄱陽(yáng)湖湖流監(jiān)測(cè)與分析

(.， 33000； .省鄱陽(yáng)湖水文局， 33800)

1 概 況

中華人民共和國(guó)成立初期，鄱陽(yáng)湖就開展了水文監(jiān)測(cè)研究工作[1]。1959年鄱陽(yáng)湖實(shí)驗(yàn)站建造了第一個(gè)波浪觀測(cè)站，即都昌波浪實(shí)驗(yàn)站，對(duì)湖區(qū)波長(zhǎng)、波速、風(fēng)向風(fēng)速、波狀、波向、水位、水深和天氣狀況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)；1963年10月，在全湖布設(shè)89處固定垂線進(jìn)行了鄱陽(yáng)湖地表形態(tài)、水文氣象流動(dòng)調(diào)查和定位觀測(cè)，對(duì)固定垂線湖流、懸移質(zhì)含沙量、湖底質(zhì)、泥沙顆粒分析、水質(zhì)等進(jìn)行了監(jiān)測(cè)；進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，為進(jìn)一步掌握鄱陽(yáng)湖湖流特征與形態(tài)，2007年9月啟動(dòng)了鄱陽(yáng)湖水質(zhì)水量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并分別于2010年10月、2010年12月(2次)、2012年5月、2013年3月開展了5次鄱陽(yáng)湖湖流監(jiān)測(cè)。

2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

5次鄱陽(yáng)湖湖流監(jiān)測(cè)主要對(duì)鄱陽(yáng)湖湖面與入湖“五河”尾閭水位、流態(tài)(流速、流向)、流量、波浪以及濱湖地區(qū)主要水文氣象要素進(jìn)行監(jiān)測(cè)[2]。

鄱陽(yáng)湖水文生態(tài)監(jiān)測(cè)研究的水流(水量)監(jiān)測(cè)，以現(xiàn)有水文站網(wǎng)布設(shè)的有關(guān)規(guī)范、規(guī)程為依據(jù)。并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化、調(diào)整、充實(shí)水文站網(wǎng)，以滿足鄱陽(yáng)湖水文生態(tài)監(jiān)測(cè)研究水流(水量)監(jiān)測(cè)的需要，形成完整的鄱陽(yáng)湖水文生態(tài)監(jiān)測(cè)站網(wǎng)體系。其具體布置如下：

(1) 鄱陽(yáng)湖湖面水位監(jiān)測(cè)，共布設(shè)12處監(jiān)測(cè)站。

(2) 鄱陽(yáng)湖湖面波浪監(jiān)測(cè)，新設(shè)棠蔭站，新建波浪自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

(3) 入湖“五河”尾閭水位監(jiān)測(cè)，共布設(shè)16處監(jiān)測(cè)站。

(4) 入湖“五河”尾閭流態(tài)(流速、流向)、流量監(jiān)測(cè)，共布設(shè)20處監(jiān)測(cè)站。

(5) 入江水道的水位、流態(tài)(流速、流向)、流量監(jiān)測(cè)，布設(shè)1個(gè)控制監(jiān)測(cè)站。

(6) 鄱陽(yáng)湖湖面與濱湖地區(qū)水文氣象要素監(jiān)測(cè)，共布設(shè)2處監(jiān)測(cè)站。

(7) 濱湖地區(qū)地下水水位、水溫、水質(zhì)監(jiān)測(cè)，共布設(shè)6處監(jiān)測(cè)站。

(8) 濱湖地區(qū)土壤墑情監(jiān)測(cè)，共布設(shè)9處監(jiān)測(cè)站。

3 監(jiān)測(cè)方法

3.1 監(jiān)測(cè)斷面的布設(shè)

鄱陽(yáng)湖湖流監(jiān)測(cè)首次采用網(wǎng)格法布設(shè)監(jiān)測(cè)斷面。網(wǎng)格法是以網(wǎng)格為制圖單元，反映制圖對(duì)象特征的一種地圖表示方法。在鄱陽(yáng)湖湖流監(jiān)測(cè)中，為準(zhǔn)確掌握鄱陽(yáng)湖湖流狀況，需要在湖區(qū)布設(shè)一定的監(jiān)測(cè)斷面，一般來(lái)講，監(jiān)測(cè)斷面越多，越能夠反映鄱陽(yáng)湖湖流的基本情況，但從經(jīng)濟(jì)以及實(shí)際操作的角度考慮，湖區(qū)監(jiān)測(cè)斷面的設(shè)立是有限的，不可能在鄱陽(yáng)湖湖區(qū)建立足夠多的湖流監(jiān)測(cè)斷面。為此，在實(shí)際運(yùn)用中，根據(jù)鄱陽(yáng)湖湖盆形態(tài)、主航道走向、湖流特征，考慮監(jiān)測(cè)垂線與常規(guī)監(jiān)測(cè)垂線的一致性，以及測(cè)點(diǎn)分布的均勻性原則，采用網(wǎng)格法，在鄱陽(yáng)湖湖區(qū)布設(shè)一定的監(jiān)測(cè)斷面。斷面上布設(shè)的監(jiān)測(cè)垂線相對(duì)穩(wěn)定，遇鄱陽(yáng)湖水位落槽，則將垂線轉(zhuǎn)移主航道或深水區(qū)，鄱陽(yáng)湖水資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)各河入湖口站點(diǎn)作為補(bǔ)充，包括各入湖河流控制站在內(nèi)，保證每測(cè)次監(jiān)測(cè)垂線(站點(diǎn))不少于50條。對(duì)大水體多次開展湖流監(jiān)測(cè)即使在我國(guó)大型湖泊水文監(jiān)測(cè)史上都屬首次。

3.2 監(jiān)測(cè)儀器的使用

鄱陽(yáng)湖湖流監(jiān)測(cè)采用流動(dòng)船測(cè)的方法。為保證監(jiān)測(cè)資料的一致性、可靠性、同步性，全面掌握鄱陽(yáng)湖湖流在不同水位級(jí)、漲退水面變化規(guī)律，取得鄱陽(yáng)湖湖流原始監(jiān)測(cè)資料，為開展鄱陽(yáng)湖相關(guān)研究奠定基礎(chǔ)，鄱陽(yáng)湖湖流監(jiān)測(cè)動(dòng)員了全省大量技術(shù)人員，對(duì)贛江、撫河、信江、饒河、修河、博陽(yáng)河、西河入湖控制站以及鄱陽(yáng)湖湖面進(jìn)行了同步監(jiān)測(cè)。在監(jiān)測(cè)過程中，垂線平面位置采用動(dòng)態(tài)GPS定位，流速流向采用走航式ADCP測(cè)流系統(tǒng)施測(cè)。通過這些等角和的儀器設(shè)備，提高了監(jiān)測(cè)能力，保證了監(jiān)測(cè)精度。

3.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與傳輸

對(duì)于自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)獲得的數(shù)據(jù)，通過配置服務(wù)器、工作站、液晶大屏幕、繪圖儀、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、交換機(jī)、路由器等硬件，開發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)控等軟件，建立具有數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)、傳輸、接收、處理、分析、查詢等綜合功能的數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制水文氣象監(jiān)測(cè)參數(shù)設(shè)置，以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收、處理、入庫(kù)、報(bào)表自動(dòng)生成等功效。

對(duì)于人工監(jiān)測(cè)獲得的數(shù)據(jù)，通過人工錄入進(jìn)入數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)入庫(kù)存儲(chǔ)、自動(dòng)處理、報(bào)表自動(dòng)生成等功效。

4 湖流的基本形態(tài)

鄱陽(yáng)湖日平均吞吐水量達(dá)4億m3，形成最主要的湖流形態(tài)，即吞吐流；鄱陽(yáng)湖水域?qū)掗?，為全省大風(fēng)區(qū)域，有利于形成風(fēng)成流；此外，在特定條件下，局部水域有時(shí)出現(xiàn)密度流和異重流。

4.1 吞吐型湖流

在吞吐流中，根據(jù)流勢(shì)、流向及江湖水文關(guān)系可分重力型、倒灌型和頂托型3種湖流類型。

4.1.1 重力型湖流

重力型湖流是鄱陽(yáng)湖主要湖流類型，流向自南向北，與主槽走向一致。有時(shí)在主槽兩側(cè)產(chǎn)生旋流，甚至出現(xiàn)環(huán)流，如三山南側(cè)曾多次出現(xiàn)直徑達(dá)30 km逆時(shí)針重力型環(huán)流，東北湖灣區(qū)出現(xiàn)沿岸線順時(shí)針弧型旋轉(zhuǎn)流。

湖流快慢取決于水面比降的大小與過水?dāng)嗝嫘螒B(tài)?？菟诤畾w槽，比降增大，流速加快；汛期湖水漫灘，比降減小，流速變慢。流速隨水位的變化呈舌狀，在漫灘點(diǎn)處(星子水位約11 m)流速最大，漫灘前湖流流速與水位高低成正相關(guān)，流速隨水位升高而增大；漫灘后流速大小與水位高低成反相關(guān)，流速隨水位的升高而減小。重力型湖流冬、春季節(jié)最強(qiáng)，年內(nèi)變化呈馬鞍型。監(jiān)測(cè)資料顯示，重力型湖流北部流速最大，南部次之，中部最小。一般來(lái)說，主槽流速大于灘地，流速大小與距主槽的距離成反比，即離主槽越遠(yuǎn)，則流速越小。

4.1.2 倒灌型湖流

倒灌型湖流常發(fā)生在“五河”汛期基本結(jié)束、長(zhǎng)江水位迅速上漲并高于鄱陽(yáng)湖水位，且鄱陽(yáng)湖水面比降較小的7～10月，個(gè)別年份6月和11月也出現(xiàn)過倒灌型湖流。

倒灌型湖流出現(xiàn)范圍主要取決于倒灌流量持續(xù)時(shí)間，以及江湖水位等因素。大多數(shù)年份倒灌型湖流出現(xiàn)在都昌以北，有的年份僅出現(xiàn)在入江水道內(nèi)，最大范圍可及康山。在倒灌型湖流范圍以南水域，其湖流為頂托型。

倒灌型湖流的持續(xù)時(shí)間，最長(zhǎng)的22 d(1958年7月8～29日)，平均每年2.5次，平均每次5.6 d。一般出現(xiàn)在湖口水位18.0 m以下，13 m以上。因倒灌期內(nèi)湖面比降小，故倒灌型湖流的流速較小，且水位越高，流速越小。面上分布是北部流速大于南部，中部最小(對(duì)倒灌型湖流涉及湖體中南部而言)，主槽流速大于灘地，倒灌區(qū)與頂托區(qū)交界水域的流速趨近于零。

4.1.3 頂托型湖流

頂托型湖流是汛期常見的一種流態(tài)，一般發(fā)生在“五河”與長(zhǎng)江同時(shí)漲水，或“五河”大汛已結(jié)束，長(zhǎng)江漲水尚未達(dá)到倒灌條件的情況下。長(zhǎng)江對(duì)鄱陽(yáng)湖出流產(chǎn)生頂托時(shí)，水面比降極小，流速普遍很小，全湖最大點(diǎn)流速0.8 m/s，多數(shù)垂線平均流速小于0.1 m/s，或接近于0。流速面上分布與倒灌型相似，流向與重力型相近，中部南側(cè)有時(shí)出現(xiàn)逆時(shí)針方向的頂托型環(huán)流，但比重力型環(huán)流范圍小、流速小。東北湖灣區(qū)也曾出現(xiàn)沿岸弧型旋流。頂托型湖流流速和流向在垂線上的分布也無(wú)規(guī)律可循。

4.2 風(fēng)成型湖流

4.2.1 風(fēng)成流的基本情況

風(fēng)成流的流速，主要取決于湖面風(fēng)速、持續(xù)時(shí)間和吹程，以及湖水深度及其他水力因素。鄱陽(yáng)湖風(fēng)成流主要出現(xiàn)在中、南部主湖區(qū)，入江水道和東北湖灣風(fēng)成流很弱。

即使在主湖區(qū)，風(fēng)成流的強(qiáng)弱也與風(fēng)成流產(chǎn)生前吞吐型湖流的種類有關(guān)。在風(fēng)力、水深、水力條件均相同的情況下，湖中為頂托型湖流時(shí)，所產(chǎn)生的風(fēng)成流最強(qiáng)；湖中為重力型湖流時(shí)，所產(chǎn)生的風(fēng)成流最弱。原因在于重力型湖流的流速最大，對(duì)風(fēng)成流及其對(duì)應(yīng)補(bǔ)償流的阻抗作用最大，對(duì)風(fēng)成流的發(fā)展起較強(qiáng)的削弱作用；頂托型湖流的流速最小，對(duì)風(fēng)成流的發(fā)展無(wú)明顯削弱作用；倒灌型湖流對(duì)風(fēng)成流的削弱作用介于重力型和頂托型湖流之間。

當(dāng)風(fēng)力很大時(shí)，主湖區(qū)經(jīng)常形成大范圍的水平風(fēng)成環(huán)流，如在松門山東南曾多次出現(xiàn)過直徑20～25 km的大環(huán)流，出現(xiàn)北風(fēng)時(shí)此環(huán)流為順時(shí)針方向，出現(xiàn)南風(fēng)時(shí)為逆時(shí)針方向。風(fēng)成流與其對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償流形成垂直面上的上、下環(huán)流，對(duì)此有待進(jìn)一步觀測(cè)研究。

風(fēng)成流隨時(shí)間的變化，主要隨風(fēng)場(chǎng)的改變而迅速地變化。鄱陽(yáng)湖風(fēng)成流的變化一般比風(fēng)向風(fēng)速的變化只滯后0.5～2.0 h，其流向與風(fēng)向基本一致。

4.2.2 風(fēng)成流對(duì)吞吐型湖流的影響

在無(wú)風(fēng)和風(fēng)速較小時(shí)，鄱陽(yáng)湖基本上為吞吐型湖流。但無(wú)論是哪種類型的吞吐流，只要受約3 m/s以上風(fēng)速的影響，均同時(shí)存在著風(fēng)成流。

風(fēng)成流對(duì)吞吐型湖流的影響程度，除自身的強(qiáng)度外，還與吞吐流各類型湖流強(qiáng)度有關(guān)。此外，風(fēng)成流在其形成前對(duì)吞吐型湖流的流向也有效應(yīng)，當(dāng)風(fēng)向與原吞吐型湖流的流向不一致時(shí)，后者流向會(huì)發(fā)生偏離。偏離程度取決于風(fēng)成流流速與原吞吐型湖流流速以及它們之間夾角三者的大小。

無(wú)論是流速增減還是方向偏離，都是重力型湖流受風(fēng)成流的影響較小，頂托型湖流受風(fēng)成流的影響較大，倒灌型湖流受風(fēng)成流的影響程度介于兩者之間。

風(fēng)成流除對(duì)吞吐型湖流水平方向上的流態(tài)有顯著影響外，還對(duì)吞吐型湖流的垂線分布乃至整個(gè)流場(chǎng)均有較大的影響，例如1970年7月27日上午10時(shí)棠陰站受大于17 m/s、SSW向大風(fēng)影響，造成水面與湖底(水深7.7 m)之間0.22 m/s的流速切變和110°的流向切變，當(dāng)時(shí)整個(gè)主湖區(qū)的流場(chǎng)均與吹風(fēng)前截然不同。

4.3 密度流與異重流

在迅速升溫或迅速降溫時(shí)，由于岸邊與湖中升、降溫的差異，造成岸邊水體與湖中水體的比重不同，形成密度流，但其出現(xiàn)不多，維持時(shí)間較短。

鄱陽(yáng)湖含沙量?jī)H為長(zhǎng)江含沙量的1/7，在江湖水位落差條件均具備時(shí)，亦會(huì)產(chǎn)生異重流，但出現(xiàn)的機(jī)會(huì)也較小，影響范圍僅限于湖水入江口附近。

5 成果分析

5.1 湖流的空間分布

湖流隨地形、水位的高低、水勢(shì)的漲退、風(fēng)力等因素而變化。其變化特征主要有：

(1) 以松門山為界，北部湖區(qū)(入江水道)流速大于南部湖區(qū)(主湖體)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，5次監(jiān)測(cè)中，北部湖區(qū)平均流速分別為0.248，0.923，0.666，0.348，0.570 m/s，南部湖區(qū)平均流速分別為0.184，0.691，0.551，0.551，0.728 m/s。

(2) 主航道流速大于洲灘、湖灣和蝶形湖區(qū)。5次監(jiān)測(cè)中，主航道最大測(cè)點(diǎn)流速為0.74～1.79 m/s，洲灘、湖灣和蝶形湖區(qū)流速一般不超過0.3 m/s，最小測(cè)點(diǎn)流速為0。

(3) 主航道流向主要受水流動(dòng)力制約，湖水沿航道走向流動(dòng)，湖灣洲灘流向主要受地形、風(fēng)力等因素的影響，流向各異。

5.2 湖流與水位的關(guān)系

(1) 全湖平均流速隨水位的變化。從表1可以看出，第1次監(jiān)測(cè)平均水位12.52 m，高于漫灘水位，全湖平均流速0.213 m/s，為5次監(jiān)測(cè)的最小值；第2、第3、第5次監(jiān)測(cè)，水位均在漫灘水位以下，湖水歸槽，全湖平均流速隨水位的升高而增大。其中，第2次監(jiān)測(cè)期間，平均水位8.68 m，全湖平均流速0.830 m/s，第3次監(jiān)測(cè)期間，平均水位8.53 m，全湖平均流速0.640 m/s，第5次監(jiān)測(cè)期間，平均水位8.09 m，全湖平均流速0.624 m/s。

(2) 垂線流速隨水位的變化。以代表湖口、星子、吳城、康山的1、11、31、60號(hào)垂線的水面流速為例，分析湖流的垂線流速隨水位的變化。分析各條典型垂線的5次監(jiān)測(cè)結(jié)果(見表1)得出，漫灘水位以上(第1、第4次監(jiān)測(cè))，除上游康山(60)垂線外，其余垂線變幅不大；漫灘水位以下(第2、第3、第5次監(jiān)測(cè))，以第2次流速為最大，第3次次之，第5次最小。流速隨水位的變化和全湖平均流速隨水位的變化規(guī)律呈對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

表1 典型垂線水位-湖流變化分析

綜上所述，流速與水位(吳淞基面)的關(guān)系可概括為：①漫灘水位以上流速小于漫灘水位以下流速；②漫灘水位以下流速隨水位上漲而增大。

6 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)湖流進(jìn)行外業(yè)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及內(nèi)業(yè)分析后得出，湖流隨地形、水位的高低、水勢(shì)的漲退、風(fēng)力等因素而變化。其變化特征如下：①在空間分布方面，以松門山為界，北部湖區(qū)(入江水道)流速大于南部湖區(qū)(主湖體)；主航道流速大于洲灘、湖灣和蝶形湖區(qū)；主航道流向主要受水流動(dòng)力制約，湖水沿航道走向流動(dòng)；湖灣洲灘流向主要受地形、風(fēng)力等因素的影響，流向各異。②在與水位的關(guān)系方面，漫灘水位以上流速小于漫灘水位以下流速，漫灘水位以下流速隨水位上漲而增大。

參考文獻(xiàn)：

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