三峡水库运行对荆南三口水系连通性及水资源安全的影响

In view of the negative effects of large-scale hydraulic engineering on water resources security, this project carries out a comprehensive research of the three outlets of south Jingjiang River, which area has a sensitive and fragile water resources system. By using the approaches of graph theory, slope changing ratio of cumulative quantity, multiple regression and system dynamics model, we will: detect the water system structure evolution characteristics of south Jingjiang River and its influence process on water system connectivity under the effect of the Three Gorges Reservoir and climate, reveal the influence mechanism of the interactive process between water-sediment and riverbed physiognomy on water system connectivity, distinguish the contribution rate of effect of the Three Gorges Reservoir and climate to the runoff of south Jingjiang River; explore the influence mechanism of water system connectivity changing on the structure and function of water resources system, find out interferential and negative factors which effect the changing process of water resources system; evaluate the dynamic changing trend of water resources security condition and its driving mechanism, establish regulation pattern which can utilize water resources efficiently and guarantee water resources security, provide theoretical basis for development measures of river-lake water system connectivity-improvement and rational exploitation and utilization of water resources.

鉴于应对大型水利工程对水资源安全产生的负面影响，在水资源系统敏感与脆弱的荆南三口水系地区，运用图论、累积量斜率变化率、多元回归、系统动力学模型等方法，开展综合研究即：检测三峡水库和气候影响下荆南三口水系结构演变特征及其对水系连通性的影响过程，揭示水沙与河床地貌互动过程对水系连通性的影响机制，以及区分三峡水库和气候对三口径流影响的贡献率；探索水系连通性变化对水资源系统结构与功能的影响机制，查明水资源系统变化过程中的干扰和不利因素；评判水资源安全警情动态变化趋势及其驱动机制，建立水资源高效利用和维持水资源安全稳定的调控模式，为制定该地区改善河湖水系连通性及水资源合理开发利用的对策措施提供理论依据。

本课题从人类活动(三峡水库等水利工程）和气候影响与水沙关系,以及水沙、水系结构、水系连通性与水资源安全关系的二个层面，评价水利工程和气候对三口水系结构及水系连通性的影响，查明水系连通变异下水资源安全态势及驱动机制；揭示水沙与水系连通性、水资源系统安全的作用机制；解决水资源安全运行的调控手段等三个方面进行了系统性的探讨。通过系统的研究得到如下成果：①、建立了具有物理意义的数学模型，定量分析了三峡水库蓄水（人类活动）和气候波动所引起的长江干流水情变化对荆南三口水文特性的影响，揭示了长江干流水情与三口水情之间的相互关系以及影响贡献率。②、明确给出了水系结构、水系连通的定义，阐明了水系结构与水系连通性的关联性，系统地提出了水系结构、水系连通理论框架和分析方法。主要包括：表征水系结构、水系连通特征的指标体系、水系结构、水系连通特征评估方法、以及三峡水库蓄水和气候波动对水系结构、水系连通特征演变影响的分析方法。③、提出了水系结构、水系连通特征与水文统计分析相结合、定性分析和定量评估相结合的水系结构、水系连通特征与水资源系统综合分析方法。重点对水系结构、水系连通特征与水资源安全之间的因果关系、水资源时空态势进行系统分析，揭示水系结构、水系连通特征变异对水资源安全的影响，为选择治理荆南三口河道措施提供了科学依据。④采用游程理论识别该河系水文干旱特征变量，并运用Kolmogorow-Smirnov优度检验选出干旱历时、干旱强度和峰值的概率分布函数，构建出水文干旱特征联合分布的 Copula函数，对水系连通变异下该河系水文干旱特征进行系统研究，在识别水文干旱特征及演变规律的基础上，系统分析了水文干旱缺水的连锁响应。⑤、采用基于SD的水资源安全仿真模型，一是明确水资源安全指标体系和水资源安全评价标准,对水资源现状、近、远期变化趋势进行综合评价。二是设计现状延续型、资源节约型、经济发展型和综合协调型四种水资源安全调控方案，提出了四种调控方案优势的系统论证框架和分析方法，计算基于不同水资源安全调控方案情景模拟决策参数，运用对比和层次分析相结合的方法，优选出综合协调型是该地区水资源安全调控的最优方案。上述成果为优化三峡水库调度方案，实施河湖水系连通工程、水资源优化配置和规划管理提供了决策支持，同时对水资源可持续利用具有重要的科学意义。