龙羊峡水库调度对径流的影响及蓄补水规律

通过对比同一时段内龙羊峡水库入库径流与出库径流的水文变化指标（indicators of hydrologic alteration,IHA）、流量过程变异程度等指标变化,结合突变检验,量化水库调度对径流过程的影响,采用显著性检验识别水库[JP+1]蓄补水与来水、耗水等因素的关系。结果显示,1986—2016年龙羊峡水库调度导致径流过程显著变化：年均流量表现为极值比和变异系数减小;月均流量表现为6—10月减小、11月—次年5月增大;日流量表现为径流过程坦化,但小范围波动加剧。水库出库断面流量过程变异程度在初次蓄水年份发生突变,蓄水后流量过程变异程度是蓄水前的43倍。水库年补水量与黄河天然径流量呈显著负相关关系,与黄河流域地表水耗水量占天然径流量的比例呈显著正相关关系。[JP2]黄河流域地表水耗水量占天然径流量的比例超过64%时龙羊峡水库以补水为主,反之以蓄水为主。     

黄河上游水沙变化及成因分析

利用黄河上游的实测资料,以头道拐断面为主要研究对象,从径流泥沙的年际变化、年内分配、洪水特征等方面分析了上游水沙变化特点,突变点为刘家峡和龙羊峡水库投入运用时间。对不同影响因素的研究认为,天然径流量的减少和耗水量的增加是造成上游水量减少的直接原因,龙羊峡和刘家峡水库的调节使天然的年内径流量重新分配,水库的削峰作用和调节流量过程,造成了水库下游洪峰流量的大幅度减小和流量过程的均匀化,从而对河道输沙产生十分不利的影响。正确认识水沙变化产生的原因及其带来的负面影响,可为水资源的合理开发、上游宁蒙河道的综合治理提供参考。     

黄河上游近30年径流变化特点及影响因素

黄河上游龙羊峡水库自1986年10月蓄水运行已31年。通过对上游主要水文站和大型水库资料的分析,探讨近30年(1987-2016年)黄河上游径流变化特点,并对影响因素进行了初步分析。近30年黄河上游年径流量明显减少,汛期径流量占全年比例、主汛期径流量占汛期比例、秋汛期径流量占汛期比例等不同程度减少,水库调蓄使兰州站汛期占比和水量变幅减幅加大,洪水特性发生变化;影响因素主要是降水量减少且时空分布不均、气温升高及河源区生态环境发生改变。     

近期黄河上游气候变化对龙羊峡入库水量的影响

根据1956年以来气候资料,统计分析了黄河上游龙羊峡以上地区气温、降水分布规律及变化特点,并以各站气温、降水与唐乃亥站天然径流量关系为基础,建立天然径流量计算公式,计算分析了唐乃亥以上地区20世纪90年代(近期)以来气候变化对龙羊峡入库径流量的影响,以及唐乃亥站径流量对气候变化的敏感性.结果表明:①近期唐乃亥以上各区年平均气温均较常年平均偏高0.5℃左右,而比前期升温达0.7~0.8℃;降水量不仅较多年均值偏少,更比前期显著减少,其中玛曲一带最大减幅达15.8%;②平均天然年径流量与前期相比,近期减少了43.7亿m3,表明气候变化所引起的减幅达20.2%;③龙羊峡入库径流量对降水变化的响应要比气温更为显著.     

黄河龙羊峡水库长期低水位运行的原因分析

龙羊峡水库是黄河干流上的骨干控制性工程之一，在黄河水资源优化配置中具有非常重要的地位，但龙羊峡水库建成运行后，水库一直没有蓄满，且长时期在死水位附近运行，这一问题已引起各界人士的关注。根据实测资料，并结合模型计算成果，认为龙羊峡水库的调节特性和入库水量年际分配是造成水库长期低水位运行的关键因素；多年平均入库水量、水库调度因素仅是水库蓄水位偏低的原因之一。     

龙羊峡水库径流调节作用及效益分析

为了分析龙羊峡水库自投运以来的径流调节作用和综合效益,通过对龙羊峡水库投运前后黄河上游水库运行方式的变化以及水库在年内、年际间水量调节的阐述,讨论了龙羊峡水库的径流调节作用,分析了龙羊峡水库因径流调节抬升下游电站发电水头和减少弃水量所带来的发电效益,通过拦蓄洪水、削减洪峰所带来的防洪效益,通过龙羊峡、刘家峡两库联合运用带来的灌溉、防凌效益,以及由龙羊峡水库调节而减少的下游在建电站工程导(截)流成本、提高梯级电站调峰能力等方面的效益。     

龙羊峡水库泥沙淤积量估算

黄河上游唐乃亥站和贵德站是龙羊峡水库的入库和出库水文站，在水库蓄水前已有30年同步水沙量观测资料，同时两经径流量、输沙量有较好的相关关系。根据蓄水后唐乃亥站年输沙量，利用出、入库站在水库蓄水前建立的输沙量关系，推求出贯德站逐年未受水库蓄水影响输沙量，与贵德站相应逐年实测输沙量值累积量来估算水库淤积量。     

黄河干流主要水库对径流的影响

分析了黄河干流龙羊峡、刘家峡和三门峡3个大型水库的蓄水变化及其对径流的影响，结果表明：①3个水库的修建改变了上下游水文站点实测径流量的逐月相关系数。在水库蓄水前水库上下游两站的实测径流量相关系数都很大，但蓄水后的相关系数减小。②水库下游汛期实测径流量占全年径流量的比例减小，非汛期增加，且各水库的改变幅度不同。③水库的削峰效应与入库流量和水库运用方式有关。④大型水库的运用改变了黄河干流水体交换周期，并对干流河道水体的蒸发和渗漏产生了一定影响。     

黄河内蒙古段流量过程变异程度及影响因素

选择黄河干流内蒙古河段的石嘴山和头道拐两个省界断面为研究对象,利用1956—2013年历年各月实测径流量和天然径流量资料,对该河段的流量过程变异程度及影响因素进行了分析。结果表明:两个断面流量过程变异均明显分为3个阶段,即1956—1968年、1969—1986年和1987—2013年,流量过程变异程度逐阶段上升,相应赋分逐阶段降低;流量过程变异程度显著及呈阶段性变化的主要原因是沿黄工农业耗水以及龙羊峡和刘家峡水库的蓄水运用。     

龙羊峡水库后汛期入库径流特征及可蓄水量分析

以1956—2022年唐乃亥水文站实测水文数据为基础,采用数理统计方法,重点分析黄河源区后汛期径流特征,并结合龙羊峡水库满负荷发电流量,对龙羊峡水库在后汛期可蓄水量进行不同情景的分析讨论。研究表明：1)唐乃亥水文站后汛期径流量年际变化较大,丰枯不均,以正常偏枯为主,多年平均后汛期径流量占汛期径流量的29.1%;2)唐乃亥水文站后汛期日平均流量在1 000 m³/s以上的径流量平均为8.96亿m³,年际变化极大,以1 000 m³/s发电流量运用,龙羊峡水库蓄至正常蓄水位的保证率仅为10%,多数年份汛期结束后水位无法达到正常蓄水位2 600 m。建议根据后期来水,适时调整进入后汛期的时机,优化和调整龙羊峡水库年度调度方案,为高效合理利用黄河源区后汛期水资源奠定基础。     

龙羊峡水库旱限水位优化控制研究

龙羊峡水库是黄河上游具有供水、发电等多目标运用方式的多年调节水库。在分析多年调节水库功能的基础上,辨析提出多年调节水库旱限水位的概念、内涵。研究多年调节水库旱限水位控制的理论与方法,基于最优控制理论和自适应技术,建立由多年调节水库跨年度补水收益最大化和出库过程最优化的控制模型,并探讨人工鱼群智能算法的求解实现。以黄河流域1990年代连续干旱枯水时段为例,研究了龙羊峡水库最优旱限水位控制策略,结果表明通过龙羊峡水库旱限水位最优控制实施跨年度补水、蓄丰补枯可增加干旱枯水年份的可供水量,在一定程度上减轻黄河流域旱灾损失。     

龙羊峡和刘家峡水库联合调度问题探讨

龙羊峡水库投运以来，遭遇到了罕见的连续枯水年，电网在获得“水火互浊”便得的同时，更经受了水电站“靠天吃饭”所造成的困难，通过分析天然径流及水库特性，对近年来的水库调度作了初步总结和分析，论述了水库调度方法必须要适应水库性能，对龙羊峡，刘家峡两水库进行联合调度必须以水库调度图为基本依据，电网及其他部位的用水要服从水库设计规定，以保持水库的正常运行状态。     

黄河断流的成因分析

自1972年起，黄河出现经常性断流。断流与天然来水、干流控制性水库运用及工农业用水等多种因素有关。经过分析认为，龙羊峡水库投入运用以前，黄河断流主要是因为刘家峡一个水库调节能力和控制能力都不够，龙羊峡投入运用以后断流的主要原因：一是黄河中下游河段缺少控制性水库；二是沿程用水量越来越大，使得水资源总量显得不足。目前在黄河水资源配置中的主要矛盾不是缺少调节库容，不是库容不够，而是根本没有更多的水可用。     

多年调节水库旱限水位优化控制研究

在分析多年调节水库功能的基础上,辨析提出多年调节水库旱限水位的概念和内涵。基于最优控制理论和自适应技术,以干旱年份流域供水总收益最大为目标建立具有在线辨识、自动寻优的多年调节水库旱限水位最优控制模型,并引入人工鱼群智能求解算法,实现多年调节水库跨年度补水收益最大化和出库过程最优化。以黄河流域20世纪90年代连续干旱枯水时段为例,优化提出龙羊峡水库旱限水位控制方案,集成多年调节水库旱限水位控制策略。结果表明,通过龙羊峡水库旱限水位最优控制实施跨年度补水和蓄丰补枯,可增加干旱枯水年份的供水量,在一定程度上减轻流域旱灾损失。     

黄河下游水沙变异与河道响应

对龙羊峡、刘家峡和三门峡3座水库修建后黄河下游的水沙变异与河道响应情况进行了分析,认为:①三门峡水库运用后,汛期下泄水量占全年的比例平均为45%,和天然情况相比减少了15%,排沙量更为集中(占全年的95%以上),和天然情况相比增大了10%左右,水沙更趋不平衡;②汛期洪水减少,洪峰流量和洪峰期水量减小,含沙量增大,形成小水带大沙;③洪水的造床作用明显减弱,使得河流平面尺度和断面尺度减小,河床冲淤演变所涉及的范围有所减小,河道的淤积更加局限在中水河槽内,主槽和嫩滩的淤积导致了“二级悬河”的发育和发展。建议在现有水库对水量实行调节的同时,尽快修建中游泥沙调节水库,实现黄河水沙的统一调控,创造比较和谐的水沙关系,维持黄河健康生命。     

青海境内黄河已建梯级电站对年径流影响分析

青海境内黄河梯级电站分布在唐乃亥水文站和循化水文站之间，利用实测和还原后的径流资料，定量分析了青海境内已建梯级电站对黄河年径流的影响。受到龙羊峡等水库调节影响，径流年际年内分配趋于均匀化，将汛期（7～10月）22．6％的水量经调节转移到11月～12月和次年1～5月，并具有多年调节特性。     

黄河干流沿程水沙变化及其影响因素分析

采用"中国河流泥沙公报"数据,结合流域内长系列年降水量资料,探讨黄河干流沿程水沙的历史变化情况。通过对17个雨量站长系列降水量资料的分析,认为气候不是黄河径流量变化的主要影响因素;黄河年径流量沿程降低,而且愈往下游降低的幅度愈大,这主要是引水量增加和水土保持措施引起的;中下游沙量明显降低,降低的幅度沿程增加,这主要是水土保持、水利枢纽建设及其对水沙量的调节、上游引水和气候变化等因素综合作用的结果,其中水利枢纽工程的兴建和水库运行方式的改变引起了沙量的突变。分析还表明,黄河利津站年水沙量自20世纪50年代的474亿m3和14亿t大幅度减少至2000年以来6年的平均值132亿m3和1.5亿t,给黄河口的演变带来很大的影响,值得深入研究。     

黄河龙羊峡以上河段径流系列代表性分析论证

以唐乃亥站为例,取其1919—2004年共计86 a的年径流系列,采用距平分析、周期分析、长短系列统计特征分析和分形分析方法,进行黄河上游龙羊峡以上径流系列的代表性分析论证。结果表明:唐乃亥站1919—2004年径流系列丰、枯等级为"平水"。几种代表性分析方法的结果,得到的具有一定代表性的子系列不一致。从年径流丰、平、枯水年组对称性来看,1928—2004年径流系列中丰、平、枯水年组对称性较好,某种意义上说,唐乃亥站1928—2004年共77 a的径流子系列具有较好的代表性。因此,建议采用1928—2004年的径流系列作为黄河龙羊峡以上河段梯级水电站工程设计的依据。     

黄河上游梯级水库防凌优化调度方案研究

针对黄河上游凌汛期龙羊峡水库出库流量调度问题,在分析上游梯级水库防凌调度原则及调度运行方式的基础上,考虑青海电网电量平衡的需求,建立了黄河上游梯级水库防凌优化调度模型,并提出了改进的微粒群算法用于求解该模型。结果表明:凌汛期在保证龙羊峡水库出库总水量不变的情况下,通过调整龙羊峡水库在各时段的出库水量,既满足了青海电网电量平衡的要求,优化了青海电网电量结构,同时也增加了刘家峡水库防凌库容;通过优化调度,增加了凌汛期梯级水电站的可发电量,提高了梯级电站效益。     

刘家峡水库对水沙变异影响分析

利用刘家峡水库运行前后进出库控制站的水文资料,对水库运行以来的径流泥沙特征进行了分析。研究表明:(1)水库运行对进出库年径流量影响很小,对年内分配影响大;(2)单库运行期水库蓄水拦沙,出库洪峰流量削减,年内径流量分配发生变化,泥沙量大幅度减少;(3)龙羊峡水库运行后的联合运行期,洪峰流量略有削减,年内蓄水过程改变后仍有一定的拦沙作用,出库含沙量较单库运行期增加;(4)水库运行减小了出库含沙量,并没有改变出库含沙量与入库含沙量的线性关系。