变化环境下雅砻江流域水文极值演变及不确定性分析

为了探讨环境变化前后雅砻江流域的水文极值演变特征及不确定性,以雅砻江流域雅江水文站和洼里水文站为代表站,基于年极大值和超门限阈值样本,结合序列变异理论、多种极值统计模型(GEV、GPD、P-III)和轮廓似然函数参数估计及不确定性分析方法,分析了变化环境下雅砻江水文极值序列演变特征。结果表明:受气候变化和人类活动的影响,雅江水文站和洼里水文站环境变化前后的最优分布线型由P-III型分布转变为GEV分布。环境变化后的水文极值序列相应设计流量增大,重现期变小。设计值估算中,重现期越长,相应设计流量的不确定性也越大,其中参数的不确定性对于设计值的影响最为显著,但极值选样及分布函数的不确定性也不容忽视。轮廓似然函数法的使用可有效降低设计值不确定性,基于极值理论与轮廓似然函数估计法进行变化环境下水文极值演变分析可提高设计值的可靠性。研究成果可为雅砻江流域水库设计管理及防洪规划等提供参考。     

降水径流特征变化对月水量平衡模型模拟精度及参数的影响

为评估水文模型在变化环境下的可靠性,以两参数月水量平衡模型为例,采用Mann-Kendall法分析降水径流资料在MOPEX数据集中美国本土的104个典型流域的一致性,基于可变模糊理论评价降水径流资料一致性对两参数月水量平衡模型模拟精度的影响,并探讨降水径流资料一致性和流域的气候特征对模型参数的影响。结果表明:研究流域中,92.31%流域的降水或径流资料的一致性遭到破坏;通过可变模糊集评价模型模拟效果,发现降水、径流趋势变化均会削弱水文模型的模拟能力,其中降水一致性破坏是水文模型模拟能力减弱的主要原因,并且该方法能够准确地识别影响模拟能力的次要因素;模型参数C和参数SC均随着流域多年平均径流系数增大而增大,参数C反映了流域的湿润程度,参数SC表征了流域的调蓄能力。研究成果可为防洪、抗旱、水资源规划和管理提供技术支撑。     

三峡水库提前蓄水防洪风险分析模型及其应用

为充分发挥三峡工程在防洪、发电、航运、抗旱及生态保护等方面的综合利用效益,在确保防洪安全的前提下提前蓄水,是实现洪水资源化的有效途径。本文基于贝叶斯方法建立了水文防洪风险分析模型,采用多输入单输出系统模型把出库流量演进至防洪控制点。根据拟定的三峡水库6种提前蓄水方案,选用1951-2010年共60年的日径流资料分别计算了提前蓄水和非提前蓄水两种情况下的风险率。结果表明：三峡水库提前蓄水并未增加长江中游荆江河段的防洪风险。     

多种降水再分析数据在长江流域的适用性对比

为评估CMFD、MSWEP和ERA5这3种降水再分析数据在长江流域的适用性,基于长江流域1979～2016年226个地面气象站点逐日降水资料,运用定量评价指标和分类统计指标对3种降水再分析数据精度进行多尺度评估。结果表明：3种降水再分析数据中,ERA5在长江流域整体上呈现出高估现象;CMFD无论是对于日尺度、月尺度还是年尺度精度评估,都能较好地反映实际降水变化;对于不同量级降水探测能力方面,3种降水再分析数据总体上表现为CMFD>ERA5>MSWEP;CMFD以及MSWEP在汛期的表现要优于非汛期;ERA5虽高估各月降水,但其年内降水分布趋势与地面站点降水一致。总体而言,CMFD在长江流域的适用性要高于MSWEP以及ERA5。研究成果可为长江流域降水及水文模拟等相关研究选择可靠的降水再分析产品提供依据。     

统计降尺度方法及其评价指标比较研究

针对目前气候变化对水资源影响研究中关注的问题,以汉江白河上游为研究对象,比较研究统计降尺度方法及其评价指标。以美国环境预报中心/美国国家大气研究中心全球再分析资料、CGCM3和HadCM3的A2情景为大尺度气候背景资料,应用SSVM和SDSM统计降尺度方法对大尺度气候因子进行尺度降解,得到降水情景序列后作为水文模型的输入,通过模拟径流比较分析统计降尺度方法的优劣。研究结果表明,由不同统计降尺度方法得到的降水作为水文模型输入,模拟径流的结果相差很大;对广泛应用于统计降尺度方法的降水模拟评价指标和径流模拟结果进行比较,发现所采用的降水评价指标侧重于考虑降水的统计分布特征,不能完整地描述降水过程特性。分析认为,径流模拟结果应该作为气候变化对径流影响研究中统计降尺度方法评价的重要参考。     

基于调度图的金沙江下游梯级水电站改进蓄水策略研究

为缓解金沙江下游梯级水电站汛末蓄水矛盾,改善蓄水过程中按调度图运行存在下泄流量、出力过程波动较大等问题,以溪洛渡、向家坝梯级水电站为研究对象,通过设置不同提前蓄水时机组合,提出基于水电站调度图的改进蓄水策略,并从年平均蓄满率、汛末蓄水位、总弃水量、总发电量等指标综合比较分析,确定了当起蓄时机为溪洛渡9月1日、向家坝9月1日,并采用改进蓄水策略蓄水时,为梯级最佳蓄水方案。同时,采用丰、枯典型年对蓄水过程进行验证。研究结果表明:提前起蓄时机有助于水电站提早蓄滞一部分汛末水量,缓解梯级水电站间的蓄水矛盾;改进蓄水策略充分利用调度线的过渡作用,有助于减少水电站出力在不同调度区之间大幅度来回跳动,实现了下泄流量、出力过程稳定。该研究成果可为金沙江下游梯级水电站汛末蓄水调度提供科学的参考依据。     

鄱阳湖流域未来降水变化预测分析

利用鄱阳湖流域的 13 个国家气象站 1961-2001 年的实测降水数据和 NCEP 再分析数据,建立了鄱阳湖流域降水的统计降尺度模型;在 IPCC 2000 年排放情景特别报告（ SRES ）中的A2和B2 排放情景下,应用 HadCM3 的输出数据,预测鄱阳湖流域未来3个时段（2010-2039 年、 2040-2069 年、 2070-2099 年）的降水变化情况。结果表明：鄱阳湖流域大部分区域的降水量有所增加,在本世纪末最大可能增加 11.15% 。     

基于EEMD的鄱阳湖流域年降水量周期预测

气候变化影响下的降水量周期变化对于认识鄱阳湖枯水具有重要意义。采用EEMD方法分别将实测和模拟年降水量分解成不同频率的成分,然后采用FFT求得各IMF分量周期,以便对比未来和基准期的周期变化。结果表明,鄱阳湖流域1961～2001年的实测年降水量序列整体存在2.5～3.5、6.5～8.0年的周期,较大尺度的周期表现不显著;ASD统计降尺度模型对序列的周期特性模拟能力良好。未来情况下,主周期相对基准期整体呈增大趋势,中小尺度周期仅有微小差别,较大尺度周期普遍增大,鄱阳湖流域年降水量过程波动剧烈程度降低。     

梯级水库汛限水位联合运用和动态控制研究

基于大系统聚合分解理论,建立了梯级水库汛限水位联合运用和动态控制模型,在不降低梯级水库防洪标准的前提下,最大限度地发挥梯级水库的兴利效益。以清江流域为例,选取丰、平、枯水典型年汛期3h的资料,分别按原设计方案和梯级水库汛限水位联合运用方案进行调度运行。结果表明:与原设计汛限水位方案相比,梯级水库汛限水位联合运用方案按库容最优分解策略动态控制,汛期发电量可增加1.79亿kW.h,增幅为4.51%;洪水资源利用率提高了2.73%。因此开展梯级水库汛限水位联合运用调度,可显著地提高水库的综合利用效益。