水系连通性对江河水沙变异的响应机理与预测模式研究

Using approaches such as field investigation, data analyses, fuzzy mathematics, numerical modeling, remote sensing technology and theoretical study, etc., the response mechanism and prediction model of river system connectivity to water and sediment variation in rivers are studied under technical support of mutiple and cross academic subjects and the existing research results . The main contents of the research project are as follows:(1)the water-sediment connectivity mechansim and connectivity indexes of the river system; (2) reponse relationship of connectivity to water and sediment variation in rivers; (3)the prediction model of the water and sediment connectity and its application in the typical river system..The research contents such as the water and sediment variation and the connectivity recession of the river system are important influence on the river health and function, which are social hot point problems and the new research field. There are few research results on the water-sediment collocation relationship, response mechanism and prediction model of connectivity in river system at present. As a foreseeing research on theoretical and applied aspects, it is necessary and urgent to study on this research project, which not only enriches the theories of the river dynamics and the fluvial process, but also is an important application value in the water resource development and the river health maintenance, which will produce remarkable economic and social and ecological effectiveness.

本项目以多学科交叉及已有研究成果为基础，采用现场调研、资料分析、模糊数学、数学模拟、遥感技术、理论研究等多种技术手段，深入开展水系连通性对江河水沙变异的响应机理与预测模式的研究。主要研究内容包括：（1）河流系统水沙连通机理与连通指标体系，（2）河流系统连通性对江河水沙变化的响应关系，(3)典型河流水沙连通性的预测模式及应用。. 江河水沙态势变异和水系连通性衰退直接影响河流健康运行与河流功能的正常发挥，是社会普遍关心的热点问题，也是新近开始的科学研究领域。关于水沙搭配关系变异、水系连通性响应机理和预测模式方面的研究成果较少。作为一个理论性强、应用目标明确、多学科交叉的前瞻性研究课题，深入开展该项研究是非常必要和迫切的，不仅丰富河流动力学与河床演变学的理论，而且在水资源开发、河流健康维护等方面具有重要的应用价值，将产生显著的社会、生态与经济效益。

江河水沙变异和水系连通性衰退直接影响河流的健康运行与河流功能的正常发挥，是社会普遍关心的热点问题。本项目以多学科交叉及已有研究成果为基础，采用现场调研、资料分析、模糊数学、理论研究等多种技术手段，深入开展水系连通性对江河水沙变异的响应机理与预测模式的研究，丰富了河流动力学与河床演变学的理论。主要研究成果如下：.（1）采用Mann-Kendall趋势检验法和累积曲线法系统分析了黄河与长江主要控制水文站1950-2015年径流量和输沙量的变化态势和水沙搭配关系，摸清了黄河与长江水沙态势的变异特征及差异。.（2）基于河流系统的基本组成要素，从河流边界、水流、泥沙和生态等方面完善了水系连通性的内涵；通过分析水系连通类型的基本特征，提出了河流通道（河道，连通通道）纵向连通、滩槽横向连通、分（汇）流侧向连通等水系连通性的分析模式；在此基础上，给出了反映水系边界、水流、泥沙、生态等内涵的连通指标。.（3）通过引入水系连通性指标和推求河道水力几何关系，深入分析了水系连通性的连通机理和影响因素，指出河道来水来沙条件、分（汇）流状况与河道边界形态等之间的协调是水系连通性的内在机制和控制关系；针对黄河下游、荆江水系水沙变化态势，导出了典型河道连通性指标与来水来沙条件之间的函数关系，深入分析了典型河道水沙变异对河流系统连通性的影响。.（4）针对河道的演变特征，选定边界、水流、泥沙、生态等相关的八项指标，构建了河道连通性的功能评价指标体系和层次分析评价模式；针对水系结构特征，通过河道连通性的层次评价分析，将层次分析法与图论方法有机地嵌入耦合，构建水系连通性的预测评价模型，并给出了评价标准。.（5）利用水系连通性预测评价模型开展了黄河下游河道与长江荆江水系连通性的评价，指出1960-2015年黄河下游河道连通性呈现先减小后增加的变化过程，荆江水系连通性整体上呈现逐渐增加的态势，强化水沙协调、水库调控、河道整治、引水控制等是维持水系连通性的主要措施。