青海湖水平衡要素水文过程分析

本文将湖泊与湖滨作为一个整体,对1965~2002年逐日水文过程进行模拟,以研究青海湖各项水文要素的变化过程。分析出多年平均入湖总径流量为21.01亿m3,湖面降水16.62亿m3,湖泊水面蒸发量40.93亿m3,平均年亏缺水量为3.25亿m3。近10多年来,增温幅度比较大,每年亏缺水量约5.19亿m3。同时分析了与湖滨生态演变有关的岸冰冻融过程和稳定入湖的地下水过程,建立了比较完整的水量平衡要素系列。     

青海湖水位动态趋势预测

为预测青海湖水位下降趋势及其对湖泊生态的影响,本文对青海湖主要来水项——入湖径流采用一阶周期性自回归模型进行人工生成系列,并依据径流与降水和蒸发的频率对应关系,以及未来暖干气候条件下降水和蒸发的可能变化量,建立了相应的降水和蒸发序列。通过长系列水量平衡计算表明,青海湖水位仍会继续下降,2030年是未来50年序列中水位最低的时期,最低水位将达3191.35m,此后水位开始小幅度回升并逐渐趋稳。同时,在历史平均气候条件下对青海湖水位进行了预测,预计2035年后水位的持续下降速率开始变缓并趋于稳定,2100年左右稳定在3192.2m。     

基于多目标调节的东庄水库运行可靠性研究

为了解决东庄水库供水系统中需考虑供水、发电、生态等问题,通过构建调水调沙情景下考虑供水-发电-生态需求的东庄水库多目标调度模型,并采用随机森林算法提取东庄水库调度规则。结果表明：东庄水库可以保障下游河道的生态基流需求,多年平均生态供水量为1.66亿m³;供水受调水调沙的影响较大,中线、北线和南线多年平均缺水量分别约为0.33亿m³、0.21亿m³、0.07亿m³;t、t+1时段入库流量、t+1时段总需水量、t时段初、末水位是东庄水库调度函数的关键决策因子。研究成果可为未来东庄水库协调多目标间的竞争关系、制定科学的调度规则和提高东庄水库运行可靠性提供参考。     

基于Modflow 的潜水位对气候变化和人类活动改变的响应

采用GMS-Modflow 软件构建了华北平原吴桥县的潜水运动模型,利用验证后的模型模拟了基准、气候变化和人类自主改变3 种情景下未来40年该区潜水位对气候变化和人类活动的响应。结果表明：现状情景下,未来40年潜水位将以平均19.3cm/a 的速度持续下降,从而导致2050年初潜水位较2011年初下降7.74m ;综合考虑气候变化的直接和间接影响时,虽然A1B 、A2 和B1 排放情景下利用GCM预估的未来40年平均年降雨量分别增加为4.1% 、5.37% 和3.86% ,但潜水位仍然以16.9cm/a 、18.5cm/a 和19.3cm/a 的速度下降,说明未来降雨的小幅增加对减缓潜水位降幅的效果微弱,人类必须采取自主措施才能应对潜水位持续下降;采取节水措施减少灌溉量对缓解潜水位下降效果最显著,其次为用非常规水源替代地下水抽水以及增加地表引水能力,而加大深层抽水量、增加非灌溉用水和地表引水量的减少都会导致潜水位下降态势进一步加剧。     

焉耆盆地地下水合理开采量研究

针对焉耆盆地大量引用地表水灌溉,造成地下水水位大面积上升,引发严重土壤盐碱化的现实状况,设计了5种增加地下水开采量、减少地表水引水量的方案,并运用数值模拟模型对各方案进行模拟和预测。焉耆盆地合理地下生态水位上限是防止地表土壤盐碱化的地下水水位,埋深为3.2 m;下限是防止地表植被退化的水位,埋深为4.5 m。根据不同开采方案的模型预测结果,结合地下水生态水位,并考虑地表水、地下水的转化关系,确定焉耆盆地不引起地表生态环境退化的地下水可持续开采量为3.8亿m3/a。     

陕西省渭河流域水资源供需形势分析

分析了陕西省渭河流域的水资源开发利用现状、供用水量的变化趋势以及流域水资源开发利用程度.对流域水资源供需平衡形势进行了分析,结果表明:不考虑跨流域调水时,2020年缺水量为24.96亿m3,2030年缺水量为31.09亿m3;考虑跨流域调水时,2020年缺水量为1.14亿m3;2030年缺水量为5.84亿m3.认为实施跨流域调水是解决渭河流域缺水问题的根本途径,而流域远期经济社会的发展还需要国家西线调水工程的支撑.     

基于水资源合理配置的地下水开发利用研究

以焉耆县为例,采用趋势法、指标法、规划定额法、万元产值预测与回归分析等方法,从生活需水、生产需水、生态需水3个方面预测需水量。利用焉耆县近10 a的流量频率分析曲线,选取典型年,采用同倍比放大法,推求设计代表年内流量分配,并预测地表供水量。在供、需水计算基础上,采用定性用水定额法对研究区水资源供需平衡进行分析,计算出焉耆县各水平年全年缺水量及最大缺水月份;根据地下水水量平衡原理,得出焉耆县地下水补给与排泄处于均衡状态。研究表明,考虑研究区的地下水生态水位,确定利于灌区水资源合理配置的地下水开采量为2.47亿m3。     

ICESat-2/ATLAS测高数据在青海湖湖泊水位估计中的应用

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水汽源,是气候变化的重要载体和指示器。为了评估ICESat-2/ATLAS（ice, cloud and land elevation satellite-2/advanced topographic laser altimeter system）测高数据在湖泊水位估计中的精度和应用潜力,以地处青藏高原地区的青海湖为例,基于2018年10月31日至2019年11月8日期间ATL13产品提取的青海湖湖区瞬时水位数据,并结合水文观测、LEGOS（Laboratoire d’Etudes en GéOphysique et ceanographie Spatiales）水位和风浪观测资料,验证了ATL13产品在青海湖的湖泊日均、月均水位估计精度。结果表明：ATL13产品中6束脉冲的光斑脚点高程与高程实测值的绝对误差为0.07 m,标准误差为0.18 m;2018年10月至2019年11月青海湖日均水位呈上升趋势,2018年10月青海湖月均水位估计值为3 195.75 m,2019年11月的月均水位估计值为3 196.21 m,年内湖泊月均水位上升了0.46 m;青海湖的LEGOS水位和水位观测显示,时段内月均水位分别增加了0.29±0.20 m和0.58±0.10 m;ATL13产品估计的湖泊月均水位与水位观测值较为一致,与LEGOS水位的绝对误差为0.17 m,可能受到观测时段、数据质量和空间异质性影响。     

气候变化对滦河流域径流量的影响预测

利用近50 a水文、气象观测数据分析了气候变化对滦河流域径流量的影响,建立了径流量与气候要素的对数型回归模型,并根据降水量、气温、蒸发量的变化对其进行了灵敏度分析.根据2030,2050年气候情景预测数据预测未来气候变化对滦河流域径流量的影响,与标准气候值相比,2030年降水量将增加3％ ～5％,气温升高1.0℃～1.3℃,径流量变化为49.97～52.9亿m3;2050年降水量增加3％ ～7％;气温升高2.0℃～2.2℃,径流量变化为48.7 ～53.97亿m3.     

徒骇河流域水资源供需预测与可持续利用对策

徒骇河位于山东省海河流域南部,为山东省北部的发展提供水资源。随着社会的高速发展,徒骇河流域水资源供需矛盾日益突出。本文在不考虑南水北调东线调水情况下,以2010年为现状年,2020年和2030年为预测年,根据徒骇河流域的典型特征和徒骇河流域各县市的社会经济发展规划,对徒骇河流域供、需水量进行预测,并分析水资源供需平衡状况。结果表明:在现状年2010年,徒骇河流域供水量与需水量基本维持平衡;2020年,徒骇河流域P=50%(平水年)、P=75%(枯水年)缺水量分别为8.94亿m3、3.56亿m3,缺水率分别为19.46%、7.75%;2030年,徒骇河流域P=50%(平水年)、P=75%(枯水年)缺水量分别为11.68亿m3、6.52亿m3,缺水率分别为25.24%、14.09%。即徒骇河流域的水资源在未来10年至20年不能完全满足生产、生活、生态的需水要求,需通过有效措施,使流域水资源得到可持续利用。     

巢湖生态引水对改善江湖交换关系的作用研究

从江湖水量交换的角度分析巢湖对生态引水的需求。利用长系列的流量资料,计算分析了巢湖闸建闸前后江湖交换水量分别为13.6亿m3及1.72亿m3。现状引水线路不同河道规模条件下年均可引水量为1.16亿~2.80亿m3。河道底宽为90 m时,生态引水对江湖交换关系改善的贡献为20.6%。本研究为巢湖水环境综合治理提供科学依据。     

面向干旱区湖泊保护的水资源配置思路——以艾丁湖流域为例

以艾丁湖流域为例,探讨并提出面向干旱区湖泊保护的水资源配置思路和方法,包括流域耗水总量控制、入湖总水量控制、用水总量控制、缺水总量控制、地下水取水总量控制等多层次全视角下的水资源配置模型系统及多重循环迭代方法。结果表明:艾丁湖流域2020年生态缺水量为2.60亿m3,2030年生态缺水量达2.48亿m~3。规划近期通过区域内压减灌溉面积,减小地下水超采量;远期需实施外调水工程。2020年综合耗水率进一步增大,在保障经济高速发展的同时,为满足艾丁湖入湖水量的基本需求,湖泊生态补水量应为0.72亿m~3/年。2030年在外调水2.48亿m~3的情景下,入湖总水量为0.91亿m~3/年。研究成果拟为面向干旱区湖泊保护的水资源配置方案分析与比选提供计算思路。     

基于GIS的青海湖流域水生态功能分区

湖泊型水生态功能分区是以流域数字高程模型(DEM)为底图,通过水文分析划分出目标流域的自然水文单元和水系,借助流域综合调查资料确定水生态功能分区,也是地学分区面向生态环境领域的发展和应用。基于GIS技术,将研究区7大主要河流水系图、DEM、生态系统服务价值总量图、归一化植被指数(NDVI)图、土地利用类型图等进行统一处理为栅格单元相同的栅格图,使用GS+软件计算各指标要素的空间自相关距离,从而得到各因子之间的空间自相关距离,确定青海湖流域水生态功能一二级分区主导指标和影响指标,运用ArcGIS 10.0软件中的空间叠加法对选定的指标栅格图进行模糊叠加,修正分区边界,确定青海湖流域水生态功能一级分区为8个。以青海湖流域水生态功能一级分区图为底图,在一级分区的基础上确定青海湖流域水生态功能二级分区为27个。青海湖流域水生态功能一、二级分区有助于丰富青海湖流域分异规律研究,为青海湖国家公园的建设提供理论与方法指导。     

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。     

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。     

基于遗传算法优化的水库多目标供水能力分析——以岳城水库为例

面对岳城水库供水结构发生的较大改变及漳河上游水资源情势的变化,本文将遗传算法与调度图相结合,以长系列等流量月调节计算为基础,提出了岳城水库多目标供水能力计算方法。按照供水目标优先级逐时段调节计算,通过分析多目标竞争关系,得到了符合相应目标保证率要求下的最大城镇可供水量,为水库多目标供水调度提供参考。结果表明,引入生态供水目标且优先保障,生态用水与城镇用水产生强竞争关系。优先考虑生态供水目标情景下水库城镇供水能力比不考虑生态目标情景下减少了1486万m3。农业灌溉供水保证率低于生态和城镇供水保证率,其竞争关系弱于前者,可通过优化灌溉供水调度线使水库综合供水能力达到最优。当农业灌溉保证率为55%时,岳城水库的综合供水能力达到最优,总供水量13381万m3,其中生态供水1516万m3、城镇供水5802万m3、农业灌溉供水6062万m3。研究成果为水库多目标供水设计提供参考方案。     

洞庭湖湖区最低生态水位的确定

为确定洞庭湖湖区最低生态水位,针对洞庭湖湖区复杂、不同湖区差异较大的问题,基于城陵矶、鹿角、南嘴、小河嘴和杨柳潭5个水文站1953—2013年的水文资料,采用天然水位资料法、年保证率法、最低年平均水位法、生态水位法、湖泊形态分析法及最小空间需求法,分别对东洞庭湖、南洞庭湖和西洞庭湖的最低生态水位进行了计算,并与前人关于洞庭湖生态水位的研究成果进行了对比分析。结果表明:东洞庭湖、南洞庭湖和西洞庭湖的最低生态水位分别为22.62 m、27.19 m和28.11 m,相应的湖面面积分别为373.85 km~2、406.88 km~2和142.19 km~2,从保护洞庭湖自然保护区的角度看,确定的最低水位是合理的。     

塔里木河生态输水的累积生态响应

以塔里木河第12～18次生态输水为例,采用经验统计模型和克里金插值法分析了输水前后塔里木河下游地下水埋深和夏季归一化差异植被指数(NDVI)的时空变化,剖析了地下水和植被对生态输水的累积生态响应规律。结果表明:累积生态输水量与最小地下水埋深呈对数曲线正相关关系,其累积效应的增长性由强到弱;地下水埋深对生态输水的累积时间响应具有滞后性,输水80 d后累积效应最显著;沿河道方向,库尔干监测断面累积空间效应最显著;垂直河道方向,地下水对累积输水的空间响应随河道距离增加而减弱;NDVI与近3 a累积输水量呈显著正相关关系,大西海子水库、台特玛湖及河道附近NDVI增长显著。推荐近期输水量为2.5亿～5.0亿m~3/次,合理输水时间为4—6月和9—11月,适宜输水间隔5～12个月,预期连续年份5次输水后累积效应可达最小地下水埋深3.5 m、平均地下水埋深4.2 m。     

洞庭湖枢纽调度方案比对分析

城陵矶综合枢纽的运行初步拟定了5个比选调度方案。针对这5个方案,依托长江中下游一二维水沙模型,建立洞庭湖四口河系四水尾闾河网水沙数值模型,对城陵矶建闸及其调度后的影响开展研究。计算结果表明,城陵矶建闸运行后,洞庭湖全湖区域泥沙淤积量随着闸上运用水位的升高而增加,七里山闸下河段泥沙淤积量减少甚至略有冲刷;城陵矶闸上洪峰水位升高0.03~0.05 m,洪峰流量减少142~330 m3/s,汉口站的洪峰水位变化不大,洪峰流量减少93~141 m3/s;如采用优选调度方案3,则洞庭湖24垸分洪量增加0.10亿m3,洪湖分洪区分洪量减少1.40亿m3,武汉附近区和鄱阳湖附近区分洪量分别减少0.94和0.75亿m3。     

引水调度对东沙湖生态水文要素的影响

为了科学评估引水调度的生态水文效应,以大东湖水网中的东沙湖为典型研究对象,从控制水体富营养化的角度,选取最大流速、平均流速、流速＞0.01 m/s的水面比例、水龄、换水率共5个指标作为关键生态水文要素,通过构建的东沙湖水动力模型,模拟得到引水调度前、后共计6种工况下,东沙湖流速、水龄的空间分布情况,统计得到各工况下的关键生态水文要素值。对比结果表明:引水调度后,东沙湖最大流速、平均流速、流速＞0.01 m/s水面比例、换水率等生态水文要素均明显增加,水龄明显降低。研究成果表明引水调度能有效影响东沙湖生态水文条件,可为开展湖泊生态调度提供参考依据。