联合Landsat影像和ICESat测高数据估计青海湖湖泊水量变化

湖泊既是陆地水资源的重要储蓄场所,也是区域和全球水文循环系统的重要组成部分,其水量波动对气候变化较为敏感。为了掌握湖泊面积、水位和水量的变化规律,借助1988-2018年Landsat TM/ETM/OLI影像和归一化差异水体指数NDWI（normalized difference water index）提取青海湖湖泊水域面积;利用ICESat-GLAS（ice, cloud, and land elevation satellite-geoscience laser altimeter system）测高数据提取青海湖湖泊水位变化,并结合观测资料检验陆地GLAS光斑脚点高程和湖泊水位的估测精度。根据湖泊面积与水位、水量与水位的关系,构建1988-2018年青海湖湖泊面积-水位-水量波动时变序列,并探讨湖泊水位、面积、水量的年内和年际变化特征。结果表明：GLAS光斑脚点高程与高程实测值的标准误差为0.14 m,与SRTM3高程标准误差为0.26 m;1988-2018年青海湖年均水位和水量总体上呈增加趋势,其中年均水位最低值出现于2004年,平均水位为(3 193.0±0.16) m,湖泊面积为(4 190±13) km²;与1988年年均水位相比,2018年青海湖年均水位上升了(1.93±0.22) m,湖泊年均面积扩张了(197.75±6.3) km²,湖泊水量增加了(8.93±0.12) km³。     

基于卫星测高和实测数据的博斯腾湖水位变化分析

湖泊水位是湖泊水文观测必不可缺的要素,直接关系到湖泊物质交换和能量平衡,对研究湖泊运动和区域气候环境变化至关重要。为了掌握内陆湖泊水位的变化过程和空间特征,以新疆博斯腾湖为例,综合Jason-1&2、ENVISat&ERS、ICESat-1、ICESat-2等卫星测高资料,提取博斯腾湖湖泊水域瞬时水位和日均水位,并根据Hydroweb水位记录和1975-2020年博斯腾湖湖泊水位观测及水域面积数据,检验Jason-1&2、ENVISat&ERS、ICESat-1、ICESat-2测高数据的估计精度。借助趋势面分析方法,分析博斯腾湖水域水位变化的空间差异和特征。结果表明：Hydroweb水位记录、Jason-1&2、ENVISat&ERS、ICESat-1、ICESat-2卫星资料估计湖泊日均水位的绝对误差分别为0.24、0.34、0.28、0.18、0.08 m; 2020年博斯腾湖年均水位为1 048.10±0.12 m,与1975年年均水位相比增加了0.70±0.15 m;湖泊瞬时水位在空间尺度上存在一定水位差,ICESat-2测高数...     

基于星载雷达测高资料估计博斯腾湖水位-水量变化研究

为了理解气候变化背景下的内陆湖泊水位、面积、水量波动变化规律,科学合理地指导湖泊水资源利用与开发。利用1990-2015年Landsat TM/ETM/OLI影像和2002-2015年多源星载雷达测高资料,借助归一化水体指数(Normalized Difference Water Index,NDWI)提取博斯腾湖湖泊水域面积,结合湖泊水位观测数据,对星载雷达测高数据提取的湖面瞬时水位估计值进行对比与分析;根据湖泊面积与水位、水量与水位的关系式,构建湖泊面积-水位-水量波动时变序列,并探讨湖泊水位和水量变化的年际特征。结果表明:ICESat-GLAS、ENVISatERS、Jason-12的当日水位估计值与附近扬水站的水位观测值绝对误差分别小于0. 21、0. 18、0. 15 m,而且具有较强的相关性和一致性。1990-2002年湖泊水位持续增长阶段; 2002-2015年期间,湖泊水位持续下降。2015年湖泊水域面积比1990年减少了(32. 20±3. 5) km2,年均水位下降了(0. 81±0. 19) m,湖泊水量减少了(9. 49±0. 022)×108m3。因此,湖泊水量变化为气候系统和人类活动的影响机制的理解提供了参考依据。     

青海湖生态环境演变与稳定性

根据长系列水文模型模拟结果,对青海湖的环境演变进行了分析,利用一阶周期性自回归模型对青海湖水位变化趋势及其对湖泊生态的影响进行了预测。结果表明:青海湖多年平均亏缺水量为3.31亿m3,近10 a来增温幅度较大时期的亏缺水量为5.19亿m3;保持青海湖生态稳定的关键物种为青海湖裸鲤,盐度是决定青海湖裸鲤繁殖和生长的关键环境要素,其阈值为16.8‰;考虑气候变化的影响时,青海湖水位在未来30 a会继续下降,水位阈值为3 190.25 m,2030年水位最低,为3 191.35 m,此后水位开始小幅度回升并逐渐趋稳;不考虑气候变化的影响时,预计未来30 a内青海湖水位仍会持续下降,之后下降趋势开始变缓并趋于稳定,2100年左右稳定在3 192.25 m;两种预测结果都没有下降到青海湖生态稳定的水位阈值,因此未来青海湖生态系统的稳定性不受影响。     

科学家预测，中国最大湖泊水位有望持续回升

数十年来水位一直在下降的中国最大湖泊——青海湖将在近十年后开始持续回升。 中国科学院地理与湖泊研究所研究员利用数值模型进行的计算结果表明，青海湖水位在2010年前处于波动状态，其后达到稳定状态，2016年后持续回升，2030年左右水位将恢复到上世纪70年代的水平，比目前升高3m多。     

向家坝水电站工程建设目前进展如何

中国长江三峡集团公司于2004年3月进驻向家坝开始筹建,2006年11月正式开工,2008年12月成功实施截流。至2012年10月,向家坝二期大坝浇至高程363m～384m,平均高程372m(坝顶高程384m),满足了水库蓄水要求。2012年10月10日,向家坝水电站开始下闸蓄水,10月16日蓄至水位354m,达到水库初期蓄水目标水位,满足了首批机组发电要求,2012年11月5日,向家坝水电站首台单机组(7号机)正式投产发电。     

水利工程群对洞庭湖城陵矶特征水位的综合影响

基于1956-2020年洞庭湖城陵矶水文站的实测水文数据,运用Mann-Kendall检验法分析水利工程群影响下洞庭湖湖口城陵矶特征水位的时序演变特征。结果表明：城陵矶年特征水位呈显著上升趋势(P<0.05)。与时段1相比,时段2、3、4的年均水位分别抬升了0.68、1.04、1.61 m,年最高水位分别抬升了0.35、1.14、1.78 m,时段5的年均水位、年最高水位分别下降至24.97、30.50 m,年最低水位逐期抬升(18.09、18.84、19.32、20.26、20.87 m);城陵矶水位存在“涨-丰-退-枯”4个水文期,涨水期最高水位抬升了2 m以上,丰水期平均水位和最高水位在前4个时段抬升后,于第5时段分别回落至28.69、30.42 m,退水期平均水位和最高水位呈波动变化,最低水位在后4个时段逐期下降,枯水期平均水位和最低水位逐期抬升,时段5的特征水位抬升了2 m以上;水利工程群对城陵矶特征水位的影响在各典型年表现出不同的特征,三峡水库蓄水后,城陵矶特征水位在丰水年丰、枯水期下降,在平水年丰水期抬升、枯水期下降,而在枯水年丰水期下降、枯水期抬升。     

青海湖流域气候变化特点及水文生态响应

青海湖地处中国青藏高原东北偶,是全球气候变化的敏感区域。本文对该区域气候变化规律进行了分析,研究结果表明:青海湖区域近50年来气温以0.25～0.30℃/10a的幅度持续上升;降水呈增加趋势,且随海拔升高而增加,高海拔区降水增幅10mm/10a,低海拔区为3.5mm/10a,但在湖滨区因为湖泊的作用,降水增加幅度为10.6～14.4mm/10a;蒸发量的变化以20世纪90年代为界,之前潜在蒸发量呈减少趋势,陆面蒸发量基本不变,之后两类蒸发基本呈增加趋势,潜在蒸发量在低海拔区以17mm/10a的幅度升高,陆面蒸发量以13mm/10a的幅度升高。同时,在气候水文等要素的综合作用下,青海湖近一半入湖小河干涸,主要入湖大河总径流量略有减少,但其春季产卵期径流明显减少;湖泊水文收支情况的变化,使青海湖水位持续下降的演变规律更加复杂。     

青海湖湖滨湿地演变与驱动因素分析

为了更好地应对气候变化的影响,对暖湿化气候下青海湖湖滨湿地的演变现状及其驱动因子进行研究。通过遥感影像解译和水文分析计算结合实地调查,发现21世纪气候暖湿化进程下,青海湖水位升高2.1 m,入湖水量显著增加。2003—2016年的年均径流量比1956—2002年的年均径流量增加了6.0亿m3,湖面降水增加了3.8亿m3,从最低水位到现状水位的湖滨淹没区面积为222 km2。湖滨区的地下水位抬升,地势较低的河谷区沼泽草甸面积扩大11.7 km2,溢出泉恢复,间歇性河流增加了近30条,间歇性湖泊(泡沼)恢复到1980年初的水平。同时,湖水位上升淹没了约23 km2的湖滨沼泽和鸟岛部分区域,植被腐殖质、食物碎屑和鸟类沉积粪便进入湖泊,加之畜牧业和旅游业的发展,牲畜粪便和垃圾流入青海湖,导致水深和光照适宜的湖滨区爆发刚毛藻水华。     

基于Sentinel-3A SRAL 2级产品的鄱阳湖水位评估与校准

Sentinel-3A卫星合成孔径雷达高度计（SRAL）因其时空分辨率优势在水位监测上应用潜力较大。基于2016—2018年Landsat-8 与Sentinel-2 光学遥感获取鄱阳湖星子站邻近水域，提取湖上Sentinel-3A SRAL 2级产品卫星测高点，提出一种卫星测高水位计算与校准方法，并结合实测水位进行评估。结果表明:Sentinel-3A SRAL 2级产品在鄱阳湖的过境数据有效率为64%，3—9月有连续覆盖数据，12月至次年2月受水位低或湖滩出露影响无有效数据；不同高程系统下的卫星观测水位与实测水位序列的一致性极显著，皮尔逊相关系数为0.999，在0.001水平上显著相关，实测水位变化量与卫星观测水位变化量的皮尔逊相关系数为1，二者的平均偏差为?0.175 m，标准差为0.084 m，其中降轨统计指标值优于升轨，枯水期则优于丰水期，以降轨枯水期指标值为最优:平均偏差、均方根误差、标准差分别为?0.082、0.107和0.076 m。以2016—2017年、2017—2018年、2016—2018年卫星测高水位与实测数据的平均偏差作为校准参数，校准水位的平均绝对偏差都为0.073 m，皮尔逊相关系数为1。研究验证了卫星测高数据计算和校准河湖水位方法的有效性，该类数据可应用于水文、气候变化研究与洪旱监测等。     

前置掺气坎坡度对阶梯溢洪道掺气水流影响的数值模拟

为研究复杂边界条件下气液两相界面的流动及混掺现象对工程建设的影响,结合某大型水电站的溢洪道,利用RNG k-ε模型对其进行三维流场模拟,采用有限体积法离散控制方程,并用GMRES算法进行压力求解,对前置掺气坎式阶梯溢洪道和传统阶梯溢洪道泄流壁面上的高速掺气水流进行数值模拟。结果表明:随着掺气坎坡度的增加,其掺气空腔及掺气浓度均有所增大,随着水流下泄掺气浓度沿程降低,达到一定距离后趋于稳定,掺气浓度值达到了减免空蚀破坏的要求;与传统阶梯溢洪道的模拟结果进行对比可知,增设前置掺气坎后,既可以增加前几级阶梯的掺气浓度使水流提前达到水气平衡,也没有降低阶梯式溢洪道的消能率,为解决传统阶梯溢洪道中出现的工程难题提供了一种新思路。     

桥梁对水流的影响分析

根据哈尔滨水文水资源勘测总站实测水下地图及水文资料,针对桥梁上、下游浅滩变化,分析桥梁对水流的影响。     

重力坝加高结合部位粘结性能试验研究

针对水库重力式大坝加高加固问题进行试验研究,对后帮式、前帮式、外包式以及戴帽式加高方式建立实验模型评价新旧混凝土结合面的粘结性能。抗折强度试验和微观电镜试验结果表明,四种类型的加高方式,外包式的结合面最大,抗折强度最高,粘结性能最强。采用水泥砂浆处理后增多了结合面的纤维状C-S-H凝胶,增强了新旧混凝土之间的粘结性能,合理的加固方式加上结合面处理有利于提高坝体的安全性能。     

小浪底地下厂房围岩稳定计算地质模型的研究

根据工程勘探资料,在分析小浪底枢纽地下厂房区主要结构面的分布规律及其特征的基础上,建立了几何传真概化地质模型,并采用不连续介质有限元离散化计算模型,模拟计算地下厂房围岩的应力应变。计算结果表明,所建立的概化地质模型符合实际地质状况,计算的应力分布与实测的变形特征相吻合,这与目前按常用的其它模型及连续介质计算的结果有明显不同。     

分流对弯道水流紊动强度影响的试验研究

采用先进的三维超声波多普勒流速仪（ADV）对不同分流比情况下弯道水流紊动特性进行了系统的试验研究。根据试验数据,探讨了不同分流比工况下弯道水流的紊动机理,分析了其紊动特性,同时对紊动强度分布特点进行了比较。     

稳定河床水位流量关系单值化原理

采用数理计算方法建立流量与综合落差、稳定流流量计算公式，从而使受洪水涨落和变动回水影响的非单元值的水位流量关系单值化。为精减测次、简化外业洲验，水文预报、水文及整编工作电算化提供了新的分析手段。