河流—地下水系统水量平衡耦合模型分析——以海河流域黎河下游为例

为了定量分析海河流域黎河下游水位雍高后周边区域河流—地下水系统水量平衡情况,选取河道水位变幅和河流—地下水间水量交换作为传递变量,以半松散耦合方式构建HEC-RAS与MODFLOW耦合模型,同时借助Picard迭代多次调整系统水量平衡,减小流量残差,实现模型间的参数双向传递,完善模型的双向耦合。利用校验后的耦合模型对黎河下游周边区域河流—地下水系统水量平衡进行研究,结果表明：研究区内水量补给以降雨入渗补给为主,水量排泄以潜水蒸发为主;河道水位雍高使得河流对地下水的补给增大,地下水对河流的排泄减少,但是河流与地下水间的补排关系并未发生改变,与河道水位雍高前相同,即始终由地下水对河流排泄占主导。     

南水北调西线水电权转让定价的边际机会成本方法

南水北调西线调水入黄后,会增加黄河干流梯级电站的发电效益,同时也将减少调水河流长江上中游梯级水电站的保证出力、装机容量、年发电量等。西线调水使调水河流水力发电权流转到受水河流,水资源的电能价值随两线调水在两地水电企业间进行了重新分配。本文利用边际机会成本理论对南水北调两线工程的水力发电权转让价格进行了量化分析,提出了融容量成本、电量成本和环境成本为一体的水力发电权转让价格的定价方法。     

梯级水库汛限水位动态控制

本文提出了一种梯级水库汛限水位动态控制方法,以清江梯级水库为研究对象,首先建立清江流域汛期的数值气象水文预报模型,滚动预报流域未来三天的洪水过程;其次建立基于"大系统聚合思想"的梯级水库长期优化调度图模型,通过二元Copula-SAR模型随机模拟梯级水库入库径流以反映其长期变化规律,并采用遗传算法制定优化调度图;最后依据长期与短期调度的耦合原则,建立基于"大系统聚合分解思想"的梯级水库汛限水位动态控制模型,并采用逐次优化法优化得到清江梯级水库汛限水位动态控制方案。研究结果表明:耦合了长期调度规则的梯级水库汛限水位动态控制方案相比未耦合长期调度规则的梯级水库汛限水位动态控制方案和原设计方案,2010年7月中下旬的场次洪水,清江梯级水库发电量分别增加0.59亿k W·h和3.14亿k W·h,增幅为6.20%和45.11%,在不降低防洪标准的前提下可显著提高洪水资源利用率。     

南水北调中线工程地下水排水数值模拟研究

基于南水北调中线一期工程地下水排水设计及其渠道与地下水之间的相互关系,本次研究选取中线工程磁县渠段,建立了研究区三维水文地质结构模型及其内排段地下水向渠道排水的三维数值模型,针对地下水水位动态变化条件下地下水向渠道的水量转化规律进行了定量模拟研究.结果表明:参照中线工程设计排水能力,地下水排水量将畅通排入渠道,确保中线...     

气候变化对疏勒河中游水循环及生态环境的影响分析

采用气候变化A1B,A2和B1三种情景数据,预测河西走廊疏勒河干流2011-2050年出山口径流量,加载到疏勒河中游地表地下水耦合模型,分析人类活动及气候变化对疏勒河中游水循环及生态环境影响趋势。结果表明:未来各排放情景气温均明显升高;降水先减少再增加,但增加趋势不明显;径流量较2000-2010年先减少再增加,其中A1B情景增加量最大,B1增加量最小。总供水量和供水结构与2010年现状相同;由于人类活动影响,渠系入渗、田间回归和地下水开采等变化不大,河流入渗、潜水蒸发、泉沟排泄等均衡项与径流量变化趋势一致。与2010年现状相比,地下水储量先减少后增加,至2050年A1B和A2情景地下水储量增加,而B1情景地下水储量减少。适宜天然植被生长的总面积将减少,植被退化区域主要集中在平原区的东南部。     

基于降雨温度偏差纠正的金华江流域未来地表径流预估

利用区域气候模式PRECIS与分布式水文模型DHSVM进行耦合,并用金华江流域实测水文数据对水文模型参数进行了率定,将PRECIS模拟的A1B情景下基准期(1961-1990年)及未来期(2011-2040年)的气象数据作为DHSVM模型的输入,模拟出相应时期金华江流域的径流,然后对这两个时期的径流量进行比较、评估。由于PRECIS模拟的降雨和温度等较实测数据有较大误差,在利用PRECIS数据驱动水文模型前先对降雨和温度数据进行了偏差纠正。结果表明,偏差纠正可以较好的消除PRECIS模拟的降雨和温度等数据的误差;A1B情景下未来期(2011-2040年)金华江流域的地表径流量、极端径流值等较基准期(1961-1990年)略有减少,地表径流量减少约3.86%,变化不显著。     

南水北调西线工程对长江上游水库发电的影响

南水北调西线工程规划一、二期工程合并后,新一期调水工程从雅砻江、大渡河共调水80亿m3,二期工程从通天河调水80亿m3.本文对南水北调西线调水影响下的长江上游水库群运行作了分析,考虑了受西线影响的52座大型水库.调水使水库梯级的发电量明显减少,雅砻江水系减少比例最大;调水对调节库容大的水库影响较大,龙头水库的运行状况对其水系发电和径流的影响显著,汛末不能蓄满时其水系电量损失更大;对受调水影响水库群的弃水作了分析,弃水主要发生于汛期,大渡河弃水最多,受调水影响最小;调水对减少水库群弃水有益,但调水后水库群发电损失较大.调水对三峡枢纽发电影响不大,长江上游所有规划水库修建后,西线调水160亿m3,三峡平均每年损失电量31.9亿度,约减少3.6%.此外又考虑了滇中调水工程,所有调水工程运行后,长江上游水库群年均电量总损失为870亿度.     

基于VIC模型的黄河上游未来径流变化分析

为研究变化环境下黄河上游流域降水、气温与径流的变化特征,采用Delta方法对大气环流模式(GCMs)中BCC-CSM1.1模式数据进行降尺度处理,建立未来时期的气候变化情景,应用VIC分布式水文模型,对流域未来径流过程进行预估。结果表明,与基准期(1971—2010年)相比,三种情景下黄河上游未来(2011—2050年)多年平均降水增加4.31%~5.74%;多年平均最高气温和最低气温升高1.04~1.61℃,其中冬季升温最为明显;多年平均径流量分别增加2.65%、2.66%和8.07%,且增加幅度随时间推移逐渐减小,长期呈下降趋势;就年内分配来看,径流在冬季有所增加,夏季略有减少。     

基于低风险生态流量的黄河生态用水调度研究

以黄河下游为重点生态保护对象,构建水库生态用水调度模型,对黄河基准年和未来水平年不同情景的生态用水调度方案进行优化计算。结果表明：现状工程条件下,通过水库生态用水调度,可以保障河道内生态用水;未来水平年,新增工程措施和流域需水管理可减少社会经济和生态的缺水量,其中水需求管理对于缓解流域缺水效果最好;西线由于调水规模大,缩减缺水量效果显著,对于增加下游生态用水的边际效益较低;新增水库所增加的供水效益不明显。     

雅鲁藏布江上游径流变化及影响因素分析

雅鲁藏布江流域蕴藏着丰富的水资源，在气候变化背景下，近年来其上游(奴下水文站以上流域)的径流发生了显著变化。本文基于耦合冰冻圈过程的生态水文模型GBEHM，构建了雅鲁藏布江上游的分布式水文模型，对其水文过程进行模拟，计算得到上游水文要素的变化过程，并定量分析了气候变化对径流的影响。结果显示，1981—2010年雅江上游的年径流量和蒸散发量均呈显著增加趋势，降水增加是径流增加的主要因素；冰川和冻土发生显著退化，多年冻土面积占上游面积的比例减少约7%，多年冻土活动层厚度增加速率约30.6 cm/10a，季节性冻土的年最大冻结深度减少速率约7.3 cm/10a；流域冰储量以10亿m³/a的速率显著下降，而冰川融化径流以2.7 mm/a的速率增加。     

环境变化对汉江上游径流影响的定量分析

气候和土地利用等环境变化的水文响应研究对流域水资源利用具有重要价值。以汉江石泉水文站上游为研究区,采用7种基于Budyko理论的弹性系数法和SWAT模型定量分析了气候变化和人类活动对径流变化的贡献率,设置多种气候变化和土地利用变化情景,分析其对径流的影响。结果表明,石泉水文站年径流呈减少趋势,气候变化对径流减少的贡献率为65.3% ~ 68.1%,人类活动的贡献率为31.9% ~ 34.7%,气候变化是近56年径流减少的主要原因。气候变化情景的模拟显示径流变化主要由降水变化主导。土地利用自然增长情景和极端草地情景使石泉水文站年径流量增加,而退耕还林、极端耕地和极端林地情景使年径流量减少。     

径流对气候变化的响应研究-以黄河上游河源区为例

为了研究气候变化对径流的影响,选择黄河上游河源区为典型流域,构建多变量Copula联合分布模型,分析流域内主要气象要素与径流的相互响应关系。通过对多元相依结构分析,得到主要气候变化要素与径流变化的定量关系。结果表明,黄河上游吉迈水文站以上流域,径流受气候变化影响明显。长期以来主要气象要素,气温、降水、潜在蒸发能力(Penman-Monteith公式计算)与径流量的相依度指数分别为0.03、0.46、0.13,且在不同时期影响径流变化的主导因素各异。黄河上游径流受降水、冰雪、冻土融水和地下水共同补给,径流自演化过程复杂。     

气候变化和人类活动对灞河流域径流情势的影响分析

灞河径流决定其下游浐灞生态区的用水安全,开展其变化情势研究对有效管理区域水资源具有重要意义。基于灞河上游罗李村和中游马渡王水文站1959—2010年实测径流及流域降水、蒸发资料,采用肯德尔秩次相关法检验径流序列变化趋势、Mann-Kendall非参数检验法和累积距平法辨识各水文气象要素的突变点,并将累积量斜率变化率比较法用于定量计算气候变化和人类活动对灞河径流的影响程度。结果表明:11959—2010年间上游径流量相对稳定,但中游径流量有减少趋势,且在1988年发生突变后呈现出显著的减小趋势。2气候变化和人类活动对灞河上游径流变化的贡献率分别约为97%和3%,对中游径流变化的贡献率分别约为37%和63%。未来只有合理开发、开源节流并举,才能保障区域可持续发展。     

变化环境下东北半干旱地区径流演变规律分析——以洮儿河流域为例

受气候变化和人类活动影响,众多河流的径流量发生了改变,深入解析历史径流变化成因并探究未来径流演变趋势,是流域水资源科学管理的必然需求。本文以洮儿河流域为研究区,基于SWAT模型定量揭示历史径流变化原因,并结合未来气候情景,探究未来径流演变趋势。结果表明：洮儿河流域历史年均气温呈显著上升趋势,降水、径流均呈现一定下降趋势;气候变化和人类活动分别是洮儿河流域上游和下游径流变化的主要成因。在未来BCC-CSM2-MR（CMIP6）气候模式下,三种不同排放情景的未来期年均径流量相比于基准期变化-10.14% ~ 16.86%,未来水资源利用将面临更大挑战。研究成果可为深入理解流域历史径流变化成因及未来水资源演变趋势提供科学依据,为流域水资源规划和管理提供决策支持。     

投影寻踪法在径流还原计算中的应用研究

水资源评价是水资源的合理开发利用、水资源保护和水资源统一管理的基础。地表水是土壤水和地下水的主要补给来源，也是人类可以直接取用的水资源，因此对地表水资源进行评价非常重要，对地表水资源数量的评价是其中的重要组成部分。由于人类活动对天然河川径流量的影响，改变了河川径流系列的一致性，因此对径流量的一致性进行分析是进行地表水资源数量评价的首要任务。本文的基本思想是：针对降雨径流的非线性关系，引入处理高维数据的投影寻踪法，在产汇流理论的基础上，通过对降雨径流之间的多元非线性关系进行了分析，根据分析结果对非一致性的径流系列进行还原计算。     

基于SWAT模型的青龙河流域气候变化径流响应研究

气候变化影响水资源时空分布,为探讨气候气候变化对径流的影响,以青龙河流域为研究区,依据流域DEM、土地利用、土壤、气象水文等数据,建立了SWAT流域水文模型,采用SWAT-CUP软件内嵌的SUFI2算法,根据t-Stat和p-Values值分析了参数敏感性,采用Pfactor、Rfactor、Nash-Suttcliffe系数Ens及相关系数R2四个指标评价了模型的适用性,结果表明流域水文模型模拟精度高,不确定性小,能较真实地模拟流域的水文过程。采用气候方案假定法,利用流域分布式水文模型,模拟丰、平、枯三种水平年降雨量和温度组合因素下的径流过程。结果表明降水量和气温的变化影响径流过程,其中降水的影响较为明显,是影响该流域水资源变化的主要因素。     

变化环境下基于趋势分析的水资源评价方法

由于受气候变化和频繁人类活动的影响,用于水资源评价计算的年径流序列失去了一致性.本文针对非一致性年径流序列,提出基于趋势分析的水资源评价方法,可以推求过去、现在和未来各个时期变化环境下的地表水资源量.该方法假设非一致性年径流序列由相对一致的随机性成分和非一致的确定性成分两部分组成,采用相关系数检验法识别与检验年径流序列的线性趋势成分,并对确定性趋势成分进行拟合计算;根据时间序列分析的分解与合成理论,对年径流序列的随机性成分进行提取,采用有约束加权适线法对其进行频率计算;将确定性的预测值和随机性的设计值进行合成,得到过去、现在和未来不同时期年径流合成序列的频率分布.对无定河流域进行了实例验证,结果表明年径流量序列趋势变异显著;多年平均地表水资源量在过去(1958年以前)、现在(2000年)和未来(2010年)三个时期的评价结果分别为:16.432亿m3、7.686亿m3、5.598亿m3,未来与现在相比减小约27.2%,这种情形对无定河流域水资源的开发利用极为不利.     

地下水强扰动地区的径流还原计算方法

人类活动对河川径流的影响日趋强烈,一定程度上破坏了样本的一致性,以致部分实测资料已无法满足水资源评价和水利水电工程设计的要求。尤其是在地下水强扰动地区,受地下水开发利用数据缺乏、不确定性大、计算过程复杂等因素的影响,常规逐项还原法的还原精度很难保证,存在还原失真问题。因此,探索一种简单实用、精度满足规范要求的面向地下水强扰动区的径流还原计算方法尤为迫切。为此,在常规分项调查法的基础上,借鉴河川基流分割的思路,提出基流还原与分项调查法相结合的改进方法。通过对陕北地区3个资料条件较好的水文站开展实例研究,发现改进方法与常规方法的还原效果较为接近,且对不同地貌类型和不同地下水扰动程度的地区皆表现出较好的适用性。研究表明:改进分项调查法与常规方法相比,对数据范围和数量的要求更小,仅需实测径流和地表分项调查资料即可完成径流还原计算,可避免由于地下水开发利用资料缺乏或序列过短而造成的还原失真问题,且可获得较为合理计算结果,满足水资源评价和工程设计要求。该方法对于地下水强扰动且资料缺乏地区的径流还原计算具有参考价值。