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。     

面向河流生态完整性的黄河下游生态需水过程研究

提供适宜的生态流量对维护河流健康和支撑人类社会发展具有重要意义。尽管栖息地模拟法物理机制清晰、应用广泛,但对生物群落考虑不足、生命节律信号缺失等问题长期存在。以维护河流土著生物群落完整性为目标,本文将天然水文情势作为参照系统,结合栖息地模拟与水文参照系统特征值,建立了一种面向河流生态完整性的生态需水过程评估方法,兼顾指示物种生存繁衍和土著生物群落基本生存。黄河下游利津断面评估结果显示:利津断面年最小生态需水量119亿m~3,适宜生态需水量130～137亿m~3,涨水期需提供1～2次持续时间不低于7 d、流量不低于1220 m~3/s的高流量脉冲。对比历史实测流量过程与本文生态需水成果,发现利津断面水量充足,但流量过程不满足生态需求。黄河需加强水库群调度,协调径流年际和年内分布,塑造适宜的生态流量过程,并适时塑造高流量脉冲。     

小浪底水利枢纽对黄河下游生态的影响分析

为了准确量化小浪底水利枢纽对径流状态的影响,提出了水库生态影响与贡献率定量分析方法,对比分析了不同时段有无水库两种情景下的径流状态,揭示了水库对径流状态的影响,并通过与实测径流状态变化对比来量化水库的贡献率。结果显示:2000—2019年,小浪底水利枢纽年均减少下游利津断面断流81.15 d,减少生态基流、关键期最小生态流量和关键期适宜生态流量的不达标天数75.25 d、31.35 d和27.10 d,增加关键期入海水量23.71亿m³;与1980—1999年相比,2000—2019年黄河天然径流量减少10.59%,三门峡断面实测来水量减少22.15%,同时下游用水量增加,不利于河流生态流量保障;小浪底水利枢纽扭转了来水和取水的不利影响,保障了黄河下游径流和生态状态持续好转,对利津断面防断流、生态基流保障和关键期入海水量增加的贡献率分别为187.85%、137.32%和125.83%。     

基于天然水文情势的水库调度规则研究

为了在水库生态调度中模拟天然水文情势,基于水文情势的主要特征设计了15个水文情势评价指标,并将某应用于水库生态调度模型的目标函数中;基于水文分期特征将水文年划分为不同时段,提出了参考各时段实时可利用水量的水库生态供水规则;通过分层分解水库不同供水任务,降低了水库生态调度模型求解的复杂程度,并将模型应用于万家寨水库。结果显示:①本文设计的水文情势评价指标及其在水库生态调度模型中的应用减少了生态供水与天然水文情势间的差异;②基于水文分期和实时水情的水库生态供水规则有效挖掘了生态供水潜力;③为了维护河流健康,万家寨水库上游水资源开发利用率不宜超过40%,而水资源开发利用率长期高于60%则会造成严重的生态破坏。     

水生态红线框架体系和划定方法研究

水生态红线是水生态环境保护的重要途径,将从管理机制上为水生态安全提供更可实施的保障。本文通过对水生态系统表象特征和水生态系统演化过程的关联分析,提出了水生态保护的红线框架体系:水量红线、空间红线和水质红线,阐释了三条红线间的相互关系及其内涵。综合生态需水、淹没面积、生态健康评价方法,嵌入我国生态环境保护相关规范,提出了兼顾自然和社会属性的水生态红线分级方法,建立了水生态红线指标体系。以淮河水系淮滨、王家坝和蚌埠断面为例,进行了水生态红线划定的示例应用。本文提出的三位一体的水生态红线框架体系和红线划定方法,弥补了水生态保护红线机制研究的空缺,为水生态保护研究与实践提供了新的思路和方法。     

小浪底水利枢纽对周边局地气候的影响分析

为了科学量化水库对周边局地气候的影响,提出了一种水库影响定量分析方法。以小浪底水利枢纽为例,基于建库前实测数据建立水库周边站点与参照站点气候指标的相关关系,预测评价时段无水库情景下的模拟气候指标,与评价时段实测气候指标进行对比,量化水库对周边局地气候的影响。结果显示：2000-2019年,小浪底水利枢纽在年际和年内均发挥了降低气温、增加相对湿度的作用,使水库周边年均气温降低0.46 ℃、年均相对湿度增加3.78%;小浪底水利枢纽的气候调节作用减弱了区域干旱化的趋势,与1980-1999年相比,2000-2019年水库周边站点的气温增幅比参照站点小0.33 ℃、相对湿度降幅比参照站点小4.29%。提出的水库影响定量分析方法排除了区域气候变化对水库周边局地气候变化的影响,提高了分析结果的科学性与准确性。     

黄河流域水资源均衡调控理论与模型研究

变化环境下缺水流域正面临日益严峻的水资源供需矛盾,用水效率与公平协调难度极大。本文在梳理总结已有水资源调控理论的基础上,建立了适用于黄河等缺水流域的水资源均衡调控理论与方法。基于社会福利学原理构建了统筹用水效率与公平的水资源均衡调控函数,通过水资源均衡调控函数引导水资源配置。综合水资源经济价值、社会价值和生态价值,建立了用水效率表征指标;统筹地区公平和行业协调,建立了用水公平表征指标。以黄河流域为例,建立了黄河流域水资源均衡调控模型,进行黄河流域水资源均衡方案分析。实例研究结果证明,该模型通过兼顾用水效率与用水公平目标,为黄河"87"分水方案优化提供技术支撑,也可为其他缺水流域或区域的水资源均衡调控提供技术方法。     

南水北调西线工程受水区节水潜力研究

科学论证南水北调西线工程调水规模,需要以充分考虑黄河流域节水潜力为基础。以南水北调西线工程受水区为研究区域,分析了不同行业的节水现状、节水潜力及面临的问题。结果表明：黄河流域现状节水总体达到国内较高水平,但空间分布不均匀;黄河流域毛节水潜力约为25亿m³,净节水潜力约为19亿m³;西线工程受水区毛节水潜力约为21亿m³,净节水潜力约为16亿mm³;农业节水潜力占全流域及西线工程受水区节水潜力的80%以上;黄河流域节水潜力远低于缺水量,且农业节水量难以转让给其他行业;资源性缺水是根本问题,未来需要通过建设跨流域调水工程解决黄河流域缺水问题。     

矿井大量涌水地区多水源联合配置

为了实现矿井水在区域供水体系中的科学配置,以煤矿开采规模庞大的乌审旗为研究区域,预测未来水资源供需态势,建立包含矿井水的多水源供水规则与配置模型,经优化提出多水源联合配置方案。结果表明：随着煤矿开采规模的扩大,与2020年相比,2025年乌审旗供水结构将发生显著变化,地下水供水量将减少44.9%,矿井水供水量将增加1.4倍;矿井水大量供给将置换地下水水源,可解决局部地下水超采问题;受用水总量控制指标的限制,2025年全旗缺水量将达到1 913×10⁴ m³,未来需要退减耕地面积以控制总需水量的增长。乌审旗有大规模利用矿井水的迫切需求,但存在供水成本高、取水许可“批用不符”等现实问题。乌审旗在建的大水网工程为当地地表水、黄河水、矿井水、再生水等水源的丰枯互济提供了工程条件,有利于消除矿井水的不稳定性,保障水资源的稳定供给。     

洪水资源利用经济适度性研究—以海河流域为例

洪水资源利用经济适度性是在满足生态适度性要求的前提下的经济合理性。利用构建的流域生态用水调度模型,提出了进行洪水资源利用经济适度性分析的方法,并在海河流域进行应用。对大型水库投资与供水效益的统计与模拟分析结果表明,受生态环境需水的约束,在水资源开发利用程度较高的流域通过工程措施来实现洪水资源利用边际效益越来越小。建议优先采用非工程措施来进行洪水资源利用,通过加强水资源管理、提高水资源利用效率和节约用水,缓解流域水资源危机。