基于多种水文学方法的滦河典型断面生态基流研究

利用1980—2016年郭家屯水文站和三道河子水文站逐月流量数据，综合运用QP法、Tenant法、频率曲线法、典型水文频率年法、NGPRP(norther great plains resources program)法、近10年最枯月月平均流量法、TEXAS法等7种水文学方法，根据滦河丰水时段和枯水时段内不同月份径流量的特点，精细划分出相关断面每个月份生态基流取值的上限和下限，对相关断面的生态基流量进行测算和分析，得出三道河子断面生态基流取值1.10～6.06 m3/s为宜,郭家屯断面生态基流取值0.78~5.66 m3/s为宜。用上述确定的生态基流值对2个断面37年的逐月流量进行检验，结果表明:2个断面37年大部分月份生态基流都能得到保证，12月、1月和2月2个断面生态基流保证率相对较低，而对于生态基流保证率低的月份，建议通过合理划分水权、科学调度工程、建立监控体系等措施保障生态用水。     

永定河官厅下游段生态基流估算研究

根据永定河官厅水文站1956年～2016年61 a实测月径流资料,采用Tennant法、90%保证率最枯月平均流量法、基流比例法估算永定河官厅下游段生态基流。综合对比分析确定,永定河官厅下游段生态基流为2.05～3.93 m~3/s;结合生态流量与现状年河道实际流量进行对比,评估分析三种方法计算得出的河道生态基流的保障程度表明,基流比例法在该区域表现最好,而90%保证率最枯月平均流量法计算得出的结果偏小,Tennant法在计算永定河此类型的北方季节性河流有明显的不足。     

大通河流域生态流量确定及预警方案研究

生态流量是维护河流生态健康和功能的重要基础和保障。以大通河流域青石嘴站、天堂站、连城站、享堂站的长序列径流资料作为基础数据,采用基流比例法、Tennant法、最枯月平均流量多年平均值法、90%保证率法和7Q10法计算大通河流域生态流量,同时研究流域生态流量预警方案和预警流量控制指标。结果表明：基流比例法计算结果更具全面性和合理性,可以反映各年际各时段的流域生态流量;大通河流域生态流量的流量范围为多年平均流量的11%~35%,相应的青石嘴站、天堂站、连城站和享堂站的生态流量分别为5.57~17.73 m³/s、8.68~27.61 m³/s、9.08~28.88 m³/s和9.39~29.89 m³/s,经过保障度分析,各水文站全年生态流量保障度达到90%;依据确定的生态流量,将生态预警划分为蓝色预警、橙色预警、红色预警3个等级,并制定预警方案,该方案可以提高流量监测的可靠性和准确性,优化水库调度,维护生态环境健康。     

基于基流比例法的洋河干流生态基流估算

为了更好地反映高频率取用水影响下北方季节性河流的生态基流量需求,采用细化到月尺度的基流比例法,分析计算了洋河1956—2015年的年尺度及月尺度生态基流量以及2015年的日生态基流保障程度。结果表明:丰水年、平水年、枯水年和特枯年的平均生态基流分别为3.64 m3/s、2.70m3/s、2.00 m3/s和1.31 m3/s;逐年生态基流持续减少,由1980年前的5 m3/s左右锐减到近十年的1.5 m3/s左右。不同年型基流量的逐月分布情况存在一定差异性,特别在特枯年1月、7月、8月及12月生态基流并不能满足至少保留10%多年平均径流量的生态需求,并出现非汛期生态基流最大,汛期生态基流反而最小的异常现象。2015年,洋河干流的日生态基流保障率仅为51%。不同年型及不同时间尺度的计算结果均阐释了洋河生态环境明显退化的趋势和严峻的健康形势,而且月尺度结果更详尽、更能映射取用水破坏河流生态的关键性和显著性。因此,建议分析河流生态需水时应区分河流丰枯状况,并尽可能地细化时间尺度。     

淮河干流阜阳段生态基流估算研究

为了有效保障淮河干流阜阳段生态系统需水要求,根据淮河阜阳段鲁台子站1973—2017年实测流量资料,采用基流比例法、Tennant法、最枯月平均流量多年平均值法及90%保证率法,对淮河中游阜阳段生态基流进行了分析计算。综合对比分析各种生态基流计算结果认为,淮河阜阳段生态基流为67.17～201.52 m~3/s;除特枯年外,其生态基流保障程度基本能达到90%,结果比较符合实际。生态基流上限值占多年平均流量的32%,为了使河流健康状况达到更好水平,还需采取生态调度、跨流域调水等措施,实施引江济淮工程等,逐步提高生态基流值,从而保障生态环境安全。     

白河干流最小流量变化与生态基流计算研究

河南省鸭河口水库修建后对白河干流最小流量变化产生了影响。为保障白河流域内生态可持续发展,根据新店铺水文站50多年的水文资料,采取Tennant法、90%保证率法和最小月平均流量法等3种水文学方法,对白河干流生态基流进行计算。通过对比分析,确定90%保证率法计算结果适用于白河干流的生态基流量。     

黄河北岸灌区内河流天然文岩渠生态流量探讨

以河南省北部引黄灌区内天然文岩渠为研究对象,通过分析对比国内外有关河道内生态需水量的研究方法,采用较适宜表现河流年内丰枯变化过程的改进逐月频率法,计算逐月不同保证率(50%、70%、75%、80%、85%、90%)条件下的河流生态流量,同时采用Tennant法、90%保证率最枯连续7日平均流量法(7Q10法)、逐月最小生态径流计算法以及多年逐月平均流量法进行对比。使用Tennant生态环境状况评价等级标准对多种计算结果进行评价,得出年内逐月最小生态流量:天然文岩渠丰水期(6—10月)最小生态流量为多年同期平均流量的65%~80%;枯水期(11月—次年5月)最小生态流量为多年同期平均流量的40%~50%。     

格尔木河生态基流研究

基于格尔木河上游纳赤台水文站1968年~2018年、中游格尔木水文站1959年~2018年逐日径流、降水资料,对原始实测水文数据进行Mann-Kendall突变检验,还原修正后,采用Tennant法、Q法、近10年最枯月平均流量法和最小月平均实测径流法,结合格尔木河干旱区河流的特殊性进行分析计算。结果显示,格尔木站突变年为1965年、2009年,纳赤台站突变年为2002年;还原修正后,格尔木水文站的生态基流汛期(4月~9月)为7.26 m^(3)/s、非汛期(10月~翌年3月)为2.42 m^(3)/s,纳赤台水文站的生态基流汛期(4月~9月)为4.20 m^(3)/s、非汛期(10月~翌年3月)为1.40 m^(3)/s。     

清河干流生态基流计算分析

根据清河干流八棵树水文站、开原水文站1988-2009年径流量资料,选取Tennant法、90%保证率最枯月平均流量法、NGPRP法等5种水文学方法对清河干流生态基流进行了计算,通过对各水文学方法计算结果的对比分析,发现Tennant法更适合用于清河干流生态基流的计算。根据不同水平年清河干流生态基流Tennant法的计算结果,并与清河干流实际径流进行对比分析,表明随着不同水平年降雨量的减少,清河干流生态需水的满足程度逐渐减小。     

汉江流域控制断面生态基流量的确定

保障合理的生态基流是维护河流健康的基础,是有序、可持续利用流域水资源的前提。采用Tennant法、最小月90%保证率平均流量设定法（Q90）以及最近10a最小月平均径流量法分别计算汉江各控制断面的生态基流量。根据汉江流域生态环境保护需要,以及各方法计算结果,确定汉江流域武侯镇、石泉、白河、皇家港及皇庄等控制断面的生态基流分别为3,28,76,174,200 m³/s。     

近60多年洞庭湖水沙演变特征及其与人类活动的关系

基于1955—2018年洞庭湖水沙数据,运用Mann-Kendall检验法、双累积曲线等方法分析了洞庭湖近60多年水沙演变特征及其与人类活动的关系。研究结果表明:①受长江荆江段河道变化以及水利枢纽建设等的影响,三口、四水入洞庭湖水沙呈显著下降趋势,其中以三口输沙量的变化最为显著,且受三口水沙变化的影响,城陵矶年径流量与输沙量均呈下降趋势;②1955—2018年,洞庭湖湖盆泥沙淤积量呈显著下降趋势,泥沙淤积量的减小主要与由水利工程建设等人类活动引起的三口输沙量的减小有关;③水利工程建设等人类活动降低了水体中的泥沙浓度,使得径流-输沙双累积曲线发生偏折,通过建立偏折前后累积径流-输沙关系,可定量评价人类活动对洞庭湖水沙的影响。水利工程建设等人类活动使得三口、四水以及城陵矶输沙量平均每年分别减少0.69×10⁸ t(2003—2018年)、0.22×10⁸ t(1986—2018年)和0.21×10⁸ t(1981—2018年)。     

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。     

三峡水库调度方式对洞庭湖入流的影响研究

荆江三口分流是洞庭湖入湖流量的重要组成部分,其变化规律影响江湖关系。三峡水库蓄水后荆江三口分流的变化与长江来流的减少以及干流径流过程的改变关系密切。利用实测资料,分析了荆江干流流量与三口分流的关系,对比了蓄水前后荆江干流中高流量的持续时间,计算了三峡水库不同运行期径流过程改变对三口分流量的影响,得到以下结论:三口分流量决定于干流中高流量的出现天数;三峡水库蓄水后长江来流减少,且三峡水库的调蓄作用减少了荆江干流中高流量的持续时间,故而三口分流量减少;三峡水库139 m运行期,水库径流调整较小,对三口分流影响不大;三峡水库156 m运行期典型年的年内过程中,水库蓄水对三口分流影响最大,其他时段影响较小,三口年分水总量减少7.7亿m³;三峡水库175 m运行期,汛期中小洪水拦蓄及蓄水期蓄水显著影响荆江中高流量持续时间,造成三口年分水总量减少83.1亿m³。     

湖南重要河湖生态基流及敏感生态需水现状评价

为协调生产、生活、生态之间的用水关系,在湖南省洞庭湖水系主要河流(湖泊)选取生态基流(水位)和敏感生态需水断面,对其生态需水满足状况进行评价。根据实测及现场收集资料,在充分考虑湖南省主要河段重要控制断面及湖南省各主要流域、区域气候和水文特点的基础上,拟定了湖南省36个重要河湖生态基流、生态水位控制断面,8个重要河湖敏感生态需水控制断面来计算生态基流及敏感生态需水。计算结果表明:36个控制断面生态基流总体基本可以满足;8个典型河段敏感生态需水方面,柘溪水库、沅江常德段生态需水满足程度为优,东洞庭湖、西洞庭湖、南洞庭湖、湘江衡阳段、湘江湘潭段生态需水满足较好,生态需水为良好,但索溪水库的生态需水满足程度评价结果为劣。     

荆江三口变化及治理设想

三口洪道湖北部分既受长江洪水威胁也受到洞庭湖洪水顶托影响,每年分泄长江水入洞庭湖,减轻荆江洪水压力做出了重要贡献。近50年来,随着下荆江中洲子、上车弯、沙滩子、石首等四处河道裁弯及葛洲坝、三峡水利枢纽工程的运用,荆江河床冲刷下切,枝城、沙市站中枯水位降低较多,三口分流分沙逐渐减少,三口洪道逐渐淤积。分析三口洪道现状后,提出了三口五河的治理设想。     

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。     

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。     

径流变化特征分析及生态需水保证率评估

采用M-K法对径流序列进行趋势分析和突变检验,以突变前序列作为计算生态需水的依据;其次采用Tennant法、最枯月平均流量法、Texas法和7Q10法计算生态需水;在此基础上,计算各断面全序列生态需水保证程度,并结合典型年过程进行具体分析。以淮河干流息县、王家坝、鲁台子、蚌埠4个关键断面为研究对象。结果表明,4个断面径流序列分别在1980年、1984年、1977年、1989年发生突变;非汛期的生态需水值分别为16.2、33.6、106.5、124.4 m³/s。     

三峡水库枯水期不同运行方式对洞庭湖生态补水效果研究

洞庭湖枯水期面临的持续低水位对湖区生态环境带来严重影响,三峡水库枯水期增加下泄流量为洞庭湖生态补水提供了有利条件。为定量描述三峡水库枯水期不同运行方式对洞庭湖生态补水效果的空间差异,拟定3种水库典型消落方案,即提前消落、均匀消落、高水位消落;依托构建的江湖一体化耦合水动力模型分析不同消落方式对洞庭湖补水效果的空间分布格局,并评估不同方案对发电量的影响。结果表明:提前消落和高水位消落方式对洞庭湖水位的影响具有明显的空间异质性,对东洞庭湖北部影响较为明显,而对于东洞庭湖南部、南洞庭湖和西洞庭湖影响较小;提前消落较均匀消落方式城陵矶水位平均提高0.12m,对应的三峡发电量减小0.30%,而高水位消落方式城陵矶水位平均降低0.09m,发电量增加0.28%。研究成果可为兼顾洞庭湖生态补水的三峡水库消落方案的制定提供参考。     

洞庭湖入江水道断面调整模式研究

为研究洞庭湖入江水道断面的调整规律,选择城陵矶(七里山)水文断面,根据1962—2010年的实测水沙数据,运用小波分析方法对流量、含沙量序列进行多时间尺度分析,探明了洞庭湖入江水道水沙条件的周期变化规律;并选取城陵矶(七里山)枯水河槽断面面积为特征变量,结合流量小波系数对水沙条件序列进行时段划分;基于滞后响应原理,建立了适用于城陵矶河段断面面积对水沙条件的分时段变化调整模型。结果表明,建立的模型可以较好地模拟洞庭湖入江水道断面的调整规律,计算值与实测值拟合系数R²为0.77。