考虑水文变异的漾弓江干流生态流量计算

气候和人类活动改变了河道径流的一致性,因此考虑水文变异的河流生态流量计算对保护河流生态系统具有现实意义。以云南省漾弓江为例,采用4种时间序列检验法对三义断面和金河断面1959～2019年径流序列进行突变检验,利用平水年逐月最小生态径流法和逐月频率年内展布法计算不同时期的生态流量,并用改进的Tennant法进行评价。结果表明：变异年份确定为1997年和2011年,计算得到两断面在天然状态、次天然状态、现状和不考虑水文变异条件下最小和适宜的生态流量,次天然状态的生态流量更利好河流生态系统,现状河流生态系统遭到了一定的破坏,不考虑变异的生态径流过程与天然状态接近。生态流量的确定应更多考虑天然状态的生态径流过程并参考次天然状态。最后提出了2020～2030年漾弓江生态流量保障工作目标及建议。     

淮河流域河道内生态需水保障程度时空特征解析

为了反映出河道内水量满足生态保护与修复需求的状况,以淮河流域为研究对象,构建了适合于快速评估流域尺度河道内生态需水保障程度时空特征的方法。采用生态需水年内展布计算法计算了流域主要干支流的生态需水阈值,并结合实测径流资料开展了生态需水保障程度计算。利用时间序列法、Mann-Kendall检验法、聚类分析以及GIS空间分析功能对流域生态需水保障程度进行时空特征解析。结果表明:1流域生态需水保障程度整体呈现上游地区高于下游地区,淮河干流南岸地区高于北岸地区的特征;2颍河、涡河、沱河等支流的生态需水保障程度较低,且呈显著下降的趋势;3流域年内4—6月份的生态需水保障程度整体表现最低,且空间差异性大,为流域河道内生态需水敏感时期;4流域涡河玄武、蒙城断面,池河明光断面和沱河永城断面生态需水保障程度整体最低,且年内过程变异程度最大,为河道内生态需水优先保障区。评估结果可为优化流域水资源配置、制定维护河流健康对策和保障措施提供重要的依据。     

渭河流域甘肃段径流演变特征与生态流量评价

为探究渭河流域甘肃段径流演变规律，选取1956年～2016年长时间序列实测月径流资料，基于累积距平法、Mann-Kendall检验法、有序聚类法，分析渭河流域甘肃段径流趋势、年内分配和突变特征；并以武山、北道和元龙水文断面为例，采用Tennant法、Q_p法、频率曲线法和近十年最枯月流量法对渭河流域甘肃段河道生态流量进行对比分析。研究结果表明，渭河流域甘肃段河道年径流量主要呈下降趋势，于20世纪90年代初发生径流突变，且存在1956年～1993年的丰水期和1993年～2016年的枯水期2个阶段；年内分配不均匀程度高，不均匀系数在0.45～0.86之间；将4种方法的计算结果与1956年～2016年天然径流系列在95%保证率下的流量进行比较，最合理的结果为采用Tennant法计算的渭河甘肃段河道生态流量，计算结果合理、可靠。     

赣江下游河道适宜生态需水量计算

受气候变化及人类活动的影响,赣江下游河道生产生活与生态用水的矛盾日益增加。本研究采用Tennant法和生态流量阈值法分别计算外洲断面生态需水量,并采用基于四大家鱼为生态保护目标的湿周法进行筛选比对,确定赣江下游适宜和较适宜的生态需水过程。结果表明：Tennant法和生态流量阈值法计算得到的年均适宜生态需水量分别为845.44m³/s、1 041.30m³/s,占外洲断面多年平均径流的40%左右;年均较适宜生态需水量为626.60m³/s、561.16m³/s,占外洲断面多年平均径流的27%左右,为赣江下游适宜生态需水量的预留提供依据。     

基于流速法的汉北河生态需水研究

基于汉北河2个典型断面(天门断面、汉北河民乐闸断面)的鱼类调查资料与长时间序列实测数据(水深、流量、断面等),运用流速法(最小、平均、最大)进行生态需水量计算。基于生径比概念,对流速法计算的生态需水计算结果进行评价,结果表明,汉北河流域目前水流量可较好地满足最小生态需水的需求,对于适宜生态需水只能部分月份满足。     

径流变异对滹沱河流域水库生态调度的影响

分析了滹沱河中上游径流变异情况并计算了河道生态流量,通过构建岗南-黄壁庄梯级水库供水及生态多目标优化调度模型,并采用NSGA-Ⅱ求解多种情景方案,探求入库径流变异对水库生态调度的影响。研究结果表明：小觉站和平山站径流分别在1983年和1979年发生变异,流域径流整体呈显著下降趋势;利用频率众值法、Tennant法和年内展布法计算的河道理想、适宜及最小生态流量对应的年生态需水量分别为9.85亿、5.85亿、3.23亿m³;农业灌溉及生态需水缺水率随来水频率的增大而显著增大;入库径流下降趋势显著且发生变异,致使变异后不同水平年水库调度的供水保证率均有所降低;农业灌溉需水和生态需水矛盾显著,枯水年农业灌溉供水率降低4%可提高12%的生态供水率。     

辽河干流河道生态需水量研究

从辽河生态系统基本特征出发,将辽河干流生态需水量分为生态基流量、稀释自净需水量、输沙需水量和蒸发量4个部分;通过6个重要水文断面实现生态需水分区;生态用水过程按汛期和非汛期分别计算;生态需水整合分为类型整合与分区内整合,类型整合中的消耗型需水采用累加原则,非消耗型需水采用取大原则,分区内整合在类型整合的基础上采用分区贡献法;最终建立了辽河干流生态需水分区分期整合计算模型。计算结果表明:辽河干流生态需水量在汛期以输沙需水量为主,非汛期以生态基流量为主;干流汛期和非汛期来水量不足,需要区间补给才能满足河道生态需水量。     

水文指数法确定河流生态需水

河流水文情势是河流生态系统的自然动力学特征，而径流情势是水文情势的重要特征。根据生物种群和环境因子之间的关系，从反映河流水文情势的径流情势中筛选水文指数，构建河流生态需水的计算方法。从径流情势中提取流量、频率、历时、发生时间、变化率5个水文指数确定河流生态需水。采用水文指数法实际计算了广东省河流的生态需水，并和Tennant法进行比较分析，结果表明，采用水文指数法计算河流生态需水是可行的。     

基于RVA阈值区间集成的河道内生态需水计算与应用

在对河道生态需水特点进行分析和总结的基础上,提出了基于变化范围法和多种水文学法计算成果的河道内生态需水计算方法——下包线法,建立了考虑径流资料精度的评价体系。结合一致性审查、河道内生态需水计算和评价,构建了考虑径流非一致性的河道内生态需水计算框架,并应用于陕西省引汉济渭工程。结果表明:河道内生态需水过程具有波动性、季节性、时效性和区间性;在生态需水阈值区间内,下包线法同时满足维护河道生态和保证兴利效益的目的,可在较高生态需水标准基础上进一步压缩生态需水总量;下包线法和Tennant法中Tennant-好、Tennant-差所得生态需水过程分别为引汉济渭工程理想、适宜和最低生态需水过程。     

基于逐月径流频率法的挠力河流域生态流量计算

本文以挠力河为例,基于菜嘴子、保安、宝清、红旗岭四个水文站1956—2012年的月径流数据,运用逐月频率法、改进Tennant法计算年内适宜生态径流及生态需水过程,得到其年内适宜生态需水阈值,最终获得四站完整的生态径流及生态需水过程。研究结果表明,各站所在河道内的生态需水量计算方案结果均较为理想,各月生态需水量平均保证率为60.2%,河道内生态状态很好。     

吉林省伊通河生态需水量计算及分析

为研究吉林省伊通河生态需水量年内分配情况,采用流量历时曲线法分别对位于伊通河中下游的农安站及上游的伊通站的历史流量资料进行分析,得到伊通河农安站和伊通站的河道内最小生态需水量分别为4 693.66万 m³和303.52万 m³, 分别占年径流量的15.46%和4.80%;同时采用Tennant法和最小月流量平均法对伊通河最小生态需水量进行估算验证。Tennant法估算得到的最小生态需水量与流量历史曲线法较接近 。结果表明:在天然情况下,伊通河生态需水量的年内分配过程符合于实际水量分配过程,即多水时需水量多,少水时需水量少。农安段生态需水量可以有限地保护水生生物栖息地;而伊通段水生生物栖息地已经退化或贫瘠,需要采取措施对其进行保护治理。     

洞庭湖区三口水系生态基流研究

近年来大型水利工程的建设与运行、洞庭湖区三口水系分流量的持续减少和三口水系地区水资源的不合理利用,导致三口水系的生态流量严重不足。基于洞庭湖区三口水系的主要水文站2003—2018年逐日平均流量和1973—2002年逐月平均流量数据,提出一种综合考虑不同水文学法的生态基流确定方法,得出逐月和全年的生态基流推荐值,并分析其保证率和影响因素。结果表明:新江口站、沙道观站、弥陀寺站、康家岗站和管家铺站的全年生态基流分别为208.18、49.44、75.39、2.52、93.94 m³/s,全年生态基流保证率分别为84.83%、37.52%、51.88%、21.84%、42.60%;各水文站汛期的生态基流最高值均出现在7月份,8月份、9月份和6月份依次递减,汛期的生态基流及其保证率明显高于非汛期。研究提出的方法和计算结果可为洞庭湖区三口水系的水生态修复提供参考。     

基于BP神经网络的MIKE SHE模型参数率定

为了更精细地对水文全过程进行描述和解析,更准确地构建分布式水文模型,以丹麦Karup流域为例,对MIKE SHE模型的饱和导水率、饱和带水平水力传导系数、河床透水系数进行了参数率定,模拟流域的日径流过程。结果表明:基于BP神经网络反分析的参数率定方法比MIKE SHE模型参数自动率定计算得到的均方根误差RMSE小,模型效率系数Ens更接近1;采用BP神经网络反演率定参数后,3组测试样本的日径流模拟过程的RMSE分别为0.04,0.03,0.08 m³/s,Ens均为0.99,且模拟结果能较好地反映径流的实际变化趋势。因此,这种基于BP神经网络反分析的参数率定方法对构建分布式水文模型具有一定的价值。     

基于河道控制断面选取的山洪成灾流量修正

在山洪灾害分析评价工作中,采用不同河道断面作为控制断面时,根据曼宁公式计算的相应于成灾水位的成灾流量存在较大差异,对此提出了利用水力半径对水位流量关系进行修正的方法。通过取不同控制断面水力半径平均值,利用各个控制断面的湿周,得到修正后的控制断面面积,进而计算出修正后的流量,取各个断面修正后的流量均值或最大值作为计算成果。利用能量法计算了河段的平均流量,并与修正后的成灾流量进行对比。以湖北省宜昌市桥边镇桥边河河段和该镇松门溪河段为例进行了流量对比分析。两河段修正后的成灾流量分别为739.1 m~3/s和94.6 m~3/s,与能量法得到的成灾流量接近,表明根据水力半径对流量修正的方法具有一定的合理性。     

湄公河与洞里萨湖水量交换特征

洞里萨湖是湄公河最大的连通湖泊,湄公河与洞里萨湖水量交换特征一直是国际社会关注的热点问题,但相关研究成果较少。利用4个河湖控制站的长系列水文资料,分析了湄公河与洞里萨湖水量交换特征,结果表明:湄公河与洞里萨湖的水量交换强度大,洞里萨湖对湄公河径流调峰补枯作用明显,每年汛期5—9月份均会发生倒灌,1995—2011年年均倒灌历时122 d,倒灌水量377亿m³,占湄公河干流同期来水的14.4%,倒灌洪峰流量8 402 m³/s,占干流同期来水的20%,其中7—9月份倒灌水量占全年的88.6%;汛后10月份—次年4月份洞里萨湖向湄公河补水,年均补水历时244 d,补水水量711亿m³,是湄公河倒灌入湖水量的1.96倍,占湄公河下游同期来水的29.9%,其中10月份—次年1月份补水量占全年的83.1%。年倒灌历时、水量与洪峰流量,年补水历时、水量与峰值的年际变化较小,变幅分别为76 d、283亿m³、6 095 m³/s和76 d、474 亿m³、4 677 m³/s,变差系数为0.07～0.24。倒灌、补水水量不仅与湄公河和洞里萨湖的来水大小有关,还受到河湖水位差及洞里萨河水位等因素影响。研究成果可为湄公河三角洲和洞里萨湖区治理提供科学依据。     

资料短缺平原河流的生态需水量计算——以通顺河武汉段为例

各类计算生态需水量的方法多需要长序列实测的水文或生境资料,无法直接适用于资料短缺的河流。在实测资料短缺的平原河流通顺河武汉段上布置10个典型断面,利用人为设定的多级试算流量来替代长序列实测流量,利用MIKE11软件模拟推求河道典型断面水力参数(河宽、水深、流速和湿周等)随流量的变化关系;在此基础上,依据平原河流滩槽明显的特点,选用水力学法中基于水力参数与流量间相关关系的湿周法和生态水力学法分别计算研究河段的生态需水量。计算结果表明,通顺河武汉段的河道基本形态得以维持和生物基本栖息地得以保障时的生态需水量应为26 m³/s。所提出的计算方案能较好地推求资料短缺地区平原河流的生态需水量,也可为类似河流的生态需水计算提供一定的参考。     

广西南宁市邕江河段生态流量研究

以广西南宁市邕江河段为例,采用湿周法、生态流速-临界水深法和综合法计算生态流量,并对计算结果进行合理性分析;通过Tennant法核实得综合法计算结果最优,由此确定广西南宁市邕江河段生态状况。结果表明,广西南宁市邕江河段生态流量为20.54~77.56 m³/s,比扣除供水和内河补水后剩余的流量小,满足邕江的生态流量;研究河段的生态流量占枯水期多年平均流量10%以上,表明该河段生态系统处于健康状态。研究结果可为流域的水资源开发、利用和修复提供理论依据,同时也为同类河段生态流量的推求提供参考。     

基于水质目标的洞庭湖区堤垸生态需水量研究

洞庭湖区堤垸众多,垸内水体富营养化严重,水体流通不畅且水文观测资料匮乏,导致垸内生态需水量难以计算。以洞庭湖北部地区25个堤垸为研究对象,以垸内水体3 a后达到Ⅲ类水质为目标,在实地调研和勘查的基础上设置88个地表水水质采样点监测氨氮污染物浓度。基于环境稀释水量法建立了堤垸生态需水量计算模型,经与换水周期法对比分析,得到补水条件下洞庭湖北部地区堤垸生态需水量为32.161亿m³。研究成果对改善洞庭湖区垸内生态环境具有重要参考价值。     

江苏省“十四五”节约用水潜力探究

本文分析了当前江苏省在节水型社会建设中面临的形势和现状用水水平,在此基础上深入探究了“十四五”期间农业、工业、生活领域的节水潜力。结合预测指标计算出农业、工业和居民生活各领域的节水潜力分别为3.81亿m³、1.41亿m³、0.83亿m³,总节水潜力为6.05亿m³。针对江苏省用水结构中农业用水占比较大、工业用水水平较先进水平仍有差距等特点,就下一步深入挖掘节水潜力提出了相关建议。