非一致性最低通航水位设计的保证率频率法

变化环境导致水位序列的高阶矩呈现显著的时变性，仅考虑均值变异得到的最低通航水位设计值已无法反映真实水位情况。针对该问题，本文基于分解合成思想和二阶矩变异分析方法，提出方差变异条件下非一致性最低通航水位设计的保证率频率法，并以高道水文站为研究对象对该方法进行验证。结果表明，考虑方差变异的情况下，高道站95%和98%年保证率水位序列在现状环境条件下的水位设计值较过去分别偏大2.15 m和1.60 m（当设计频率取80%时）。此外，考虑方差变异、仅考虑均值变异、未考虑任何变异三种情况得到的水位设计值存在明显差异，证明了在进行非一致性最低通航水位设计时考虑均值变异和方差变异的必要性。     

水库下游冲刷河道最低通航水位确定方法

水库下游河道水位受出库流量及河床冲刷两方面的影响,天然河流设计最低通航水位计算方法不再适用。本文利用水库下游河床的渐进性调整原理,提出通过分析河段水位下降趋势、河床冲刷趋势及数学模型,量化水库下游冲刷河段枯期同流量下水位随蓄水时间变化的方法,在此基础上由河段设计通航流量推求其设计最低通航水位。用此方法推求三峡水库下游沙市-监利站未来某时期设计最低通航水位,对比数模成果及实测成果,结果显示本文提出的方法能较全面的确定枢纽下游冲刷河道的设计最低通航水位,方法适用性强,结果合理。     

水文变异条件下文峪河生态径流过程的推估方法

受气候变化与人类活动的影响,水文序列的一致性发生变异,原有生态径流过程的水文学推求方法等受到严重挑战。针对水文变异条件下生态径流过程推求所遇到的一致性缺失和流量0值处理问题,提出变异点识别与水文频率法、生态水深流速法相结合的处理思路,解决水文序列不一致和流量0值过多情况下的生态流量过程推估问题。研究以提取变异点位置为基础,依据干扰强度划定不同水文变异阶段,并应用水文频率法与生态水深流速法相结合分阶段对文峪河水库坝址处生态径流过程进行计算,再以天然序列推估的生态流量过程为衡量依据,对天然径流序列、人类弱扰动序列以及强扰动序列的生态保证率进行统计,揭示河流生态水文的演变规律与过程。     

洪水序列变异条件下的频率分析与计算

海河流域由于兴建大量防洪和水保工程,改变了流域下垫面条件,导致天然洪水产汇流特性发生变化,洪水系列不再满足一致性假定,进行设计洪水的修订势在必行。以海河大清河水系南支沙河上游的王快水库入库年洪峰序列和年最大洪量序列为例,基于各序列变异点诊断结果,应用混合分布法和条件概率分布法,直接对非一致性洪水序列进行频率分析,得到基于变异序列的设计洪水成果。并将两种方法得到的设计洪水成果分别与1985年水利部规划总院(WRHPDGI)审定的王快水库设计洪水成果及不考虑变异条件下的P-Ⅲ曲线拟合设计洪水成果进行对比,结果表明,考虑变异条件下的不同标准的设计洪水值均较1985年设计洪水值有所减小,年洪峰减小幅度为15%~30%,年最大时段洪量减小幅度为5%~30%;较不考虑变异条件下的P-Ⅲ曲线拟合设计洪水成果也有一定程度的减小,年洪峰、年最大1日洪量、年最大6日洪量减小幅度小于10%,年最大3日洪量减小幅度为1%~15%。该结论可为大清河流域设计洪水的修订提供一定的理论依据。     

具有趋势变异的非一致水文序列重现期计算研究

气候变化和人类活动会导致水文序列的非一致性,而非一致水文序列的重现期计算方法并没有统一。本文对比了传统重现期、基准年重现期、基于事件发生时间期望(EWT)的重现期和通过序列成分分析法计算的重现期,以探讨具有趋势变异的非一致水文序列重现期计算方法。以渭河流域林家村站年径流量序列为例,构建时变参数概率模型,计算各类重现期相应的设计年径流量。结果表明,传统重现期计算方法用单一分布无法准确描述含有趋势变异的水文序列。在研究区年径流量呈现减小趋势的背景下,小径流量事件发生概率增大,但大重现期相应的设计年径流量并没有逐年减小。EWT重现期较基准重现期考虑了趋势变异的影响,而基准重现期计算简单。文中方法以期为非一致性水文序列频率分析提供依据。     

基于相关系数的水文序列分段趋势识别方法

分段趋势变异是非一致性水文序列的一种重要变异形式。本文提出一种基于相关系数的水文序列分段趋势变异识别方法（简称“R识别法”）,并对分段趋势变异的显著性进行评价。统计实验结果表明：R识别法对不含有分段趋势序列的误检率非常低,对含有不同类型分段趋势序列及折点前后子序列趋势变异程度不同的序列,正检率较高,说明R识别法对分段趋势折点具有针对性且识别精度高。运用R识别法对洞庭湖三口五站年最大洪峰流量序列进行分段趋势识别与检验,结果表明沙道观站、管家铺站和康家岗站序列均存在不同时间点不同形式的分段趋势变异,总体表现为洪峰流量减少,其主要与三峡水库的径流调节和下荆江裁弯有关。     

基于小波分析的非一致性洪水频率计算方法——以西江梧州站为例

西江流域由于大量兴建堤防工程导致洪水归槽,改变了原天然河道的洪水槽蓄关系,使得用于防洪规划和洪水灾害风险评估的洪水序列失去了一致性。目前洪水归槽问题研究主要集中在出槽洪水的归槽还原计算方面,对于干支流洪水与区间洪水的遭遇考虑不足,对洪水发生变异的成因及非一致性洪水的频率计算方法也缺乏系统性的研究。本文提出基于小波分析的非一致性洪水频率计算方法,并在西江梧州站作了实例验证。该方法首先利用小波分析将非一致性洪水序列分解成确定性趋势成分和随机性成分;再采用非线性函数(如幂函数、对数函数、指数函数、多项式函数等)对趋势成分进行拟合,得到非一致性洪水序列在时间域上的确定性规律;采用P-Ⅲ型频率曲线对随机性成分进行频率分布拟合,得到洪水序列在频率域上的随机性规律;采用分布合成法对确定性的预测值和随机性的设计值进行合成计算,再采用传统的一致性频率计算方法推求合成序列的频率分布,据此可以得到过去、现状、未来不同时期的洪水频率分布规律,从而可以推求变化环境下河道断面的洪水频率分布,为防洪规划和洪水灾害风险评估提供设计依据。     

基于非一致性水文序列的水库极限防洪风险复核分析北大核心CSCD

随着气候变化、人类活动影响的加剧,水文序列一致性条件遭到破坏。本文选择下垫面变化剧烈的西大洋水库控制流域为研究区域,采用水文变异诊断系统,分析其年最大洪峰流量序列的变化趋势及变异点,确定序列变异形式;根据非一致性水文序列频率分析方法,分别得到过去条件下、现在条件下的洪峰流量序列以及相应频率的设计值;以西大洋水库校核洪水位为极限防洪风险控制指标,采用频率分析法,分别计算出过去条件下极限防洪风险率为0.00769%,现在条件下极限风险率为0.00508%。显然,无论是过去还是现在条件下,复核后的西大洋水库的极限防洪风险率均小于现有的万年一遇校核标准(0.01%),计算结果可以为西大洋水库实行动态汛限水位控制,充分利用汛期洪水资源,提高水库的综合效益等方面提供理论指导。     

基于非一致性水文序列的水库极限防洪风险复核分析

随着气候变化、人类活动影响的加剧,水文序列一致性条件遭到破坏。本文选择下垫面变化剧烈的西大洋水库控制流域为研究区域,采用水文变异诊断系统,分析其年最大洪峰流量序列的变化趋势及变异点,确定序列变异形式;根据非一致性水文序列频率分析方法,分别得到过去条件下、现在条件下的洪峰流量序列以及相应频率的设计值;以西大洋水库校核洪水位为极限防洪风险控制指标,采用频率分析法,分别计算出过去条件下极限防洪风险率为0.00769%,现在条件下极限风险率为0.00508%。显然,无论是过去还是现在条件下,复核后的西大洋水库的极限防洪风险率均小于现有的万年一遇校核标准(0.01%),计算结果可以为西大洋水库实行动态汛限水位控制,充分利用汛期洪水资源,提高水库的综合效益等方面提供理论指导。     

基于基尼系数的水文年内分配均匀度变异分析方法——以东江流域龙川站径流序列为例

由于受气候变化、人类活动及流域下垫面变化等因素的影响,许多水文要素序列不仅在年际形式上发生了变异,而且其年内分配特性也发生了不同程度的变异,严重影响了水利工程的规划设计以及水资源可持续利用和优化调配。目前有关水文要素年内分配特性的研究,多集中在分析水文要素年内分配的不均匀性上,很少涉及这种不均匀性是否随环境变化而发生变异,且有些不均匀性指标表达不直观、可比性不强,为此本文提出了基于基尼系数的水文年内分配均匀度变异分析方法。该法首先借用基尼系数构建水文要素年内分配均匀度模型,然后采用水文变异诊断系统分析年内分配均匀度序列的变异规律,最后利用均值差异法对其变异的物理成因进行分析。以东江流域龙川站多年逐月径流量序列为例,计算结果显示：龙川站径流年内分配均匀度GI在1973年发生了跳跃强变异,变异前后GI的均值相对增加了21.07%;这种变异约60%是由于人类活动特别是枫树坝水库的修建运行造成的下垫面变化引起的,而气候变化只占到约40%。     

基于水文模拟计算山区小水电站减脱水河段生态需水量的水文学方法及静水域生态补水机制

绝大多数山区小型河流水文观测匮乏,无法直接对水文资料进行统计分析,应用水文学方法计算其河流生态需水量。本研究应用二参数月水量平衡模型,还原广东省博罗县小金河1981-2010年天然月径流过程,然后采用几种常用的水文学方法计算其最小生态需水流量,从而为无资料(或资料匮乏)地区应用水文学方法进行河道生态需水研究提供一种思路。综合考虑山区小型河道水生生物生命周期的特征、生境条件和小水电站的发电效益,提出了基于水量而非流量的"静水域生态补水机制",以维持小水电站减脱水河段的最小生态需水量。作为河流生态流量的一种替代,小水电站减脱水河段的"静水域生态补水机制",可以兼顾河流生态系统的健康和水资源优化综合利用。     

东江流域枯水径流变异根本原因分析

随着社会经济的发展,人口的增加,水资源的供求矛盾日益突出,枯水问题越来越受到广泛的关注。本文以东江流域为例,采用根本原因分析法(RCA法)归纳和探究了枯水径流变异的原因,并以因果树的方式直观地展现了其因果关系。首先对东江流域干流站点和支流站点枯水期径流序列变异分析后,发现干流4个站点径流发生了变异,且有明显联系;其次结合流域枯水期径流、降雨、蒸发、水库蓄水量数据分析,构建出东江流域枯水期径流变异因果树;最后综合分析得出结论:气候对东江流域枯水径流序列变异影响不大;影响主要来自于人类活动,导致序列变异的主要原因是新丰江水库和枫树坝水库的径流调节。     

三峡水库运行后洞庭湖水沙变化及影响因素

水库建设改变江湖关系,影响下游水沙情势,进而对流域状况、人类生活和社会发展产生影响.本文根据2003-2019年洞庭湖三口、四水及长江水沙数据,运用Mann-Kendall趋势检验、滑动平均值等方法分析洞庭湖水沙变化趋势,并用Mann-Kendall突变分析方法对有显著变化的站点进行突变分析.结果 表明,2003-20...     

黄河干流年径流量非一致性频率计算

采用具有时变统计参数的GAMLSS（generalized additive model for location, scale and shape）模型,研究黄河干流年径流系列的非一致性水文频率计算方法。首先介绍了模型结构、参数估计及拟合效果的评价方法,然后在分析6个水文站1956—2017年年径流量变化趋势的基础上,构建非一致性水文频率计算备选模型集,选取AIC值最小的概率分布类型和参数作为最优模型,通过残差序列的统计特征和设计径流量的分位数图检验模型拟合效果。结果表明本文所构建的各优选模型与径流序列的拟合效果较好,各站年天然径流系列对应的设计径流量有随时间减少的趋势。在水资源评价和调配中,应充分考虑径流的非一致性特点,开展变化环境下水资源的预报预测及不确定性评估工作。     

湘江下游流域-河网-枢纽的水文水动力模拟北大核心CSCD

应用自主开发的集成模型搭建了考虑长沙航电枢纽高频调度的湘江下游流域-河网系统水文水动力计算系统,采用区域2016—2021年80余站高频监测(1次/5~60 min)、30 m精度土地利用和详细河道水下地形等数据对模型进行配置、检验和验证,对比计算有、无枢纽调度下的河网水动力和淹没差异。结果表明:水位流量计算值与高频实测值吻合优良,在湘潭、朗梨等站的纳什系数大于0.91;调度造成回水区枯水期水位抬升和流速降低,改变了河网水位和流量小尺度波动节律,在浏阳河等支流下游局部时段出现反向流动;计算出了1%、50%、99%等来流频率下河网水位和流速分布,调度增加了上游干支流回水区心滩、边滩的平、枯季淹没频率。本研究为科学评估枢纽高频调度对上下游河网水动力影响提供依据。     

基于变化范围法的汉江中游水文情势变化规律分析

河流水情对河流生态系统起着决定性作用,以河流的变化范围法(Range of Variability Approach,RVA)来分析建坝对河流水文情势的影响,这对保护河道生物群和河流生态的完整性十分必要。应用变化范围法评估汉江中游襄阳站和宜城站1952—2013年的水文情势变化,以突变年1974年为界分析水文指标变化偏差率和水文改变度,使用流量的等级、频率、历时、发生的时间分布和变化率这5组水文指标进行分析评价,量化了汉江中游水文变化的程度。研究表明,由于丹江口大坝蓄水,引起襄阳和宜城站点的水位普遍降低,襄阳站的水位整体为高变化度,宜城站的水位整体为中变化度。分析结果可为汉江下游水文情势评价提供参考,为水资源管理提供技术支撑。     

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。     

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。     

The upper Yellow River greets another tide of hydropower exploitation

The Yellow River is rich in water energy resources. According to the reinvestigation on the national water power resources in 2003, in the Yellow River valley, rivers each having 10-MW or above theoretically potential hydro energy amount to 155. Their total theoretically potential hydro energy is 43,312.1 MW. Hydropower stations each having technically exploitable installed capacity of 500 kW or above may amount to 535. Their total installed capacity may be 37,342.5 MW and total annual generation may be 136,096 TWh. Hydropower stations economically exploitable may amount to 482. Their total installed capacity may be 31,647.8 MW and total annual generation may be 111,139 TWh, accounting for 84.75% and 81.66% that of technically exploitable ones respectively. The basin area of the Yellow River is 795,000 m2. The area of its medium and upper reaches represents 97% of the total. The upper Yellow River, in particular, Longyangxia- Qingtongxia river stretch is rich in hydropower resources with good conditions and has been listed in one of the important hydropower bases to be exploited.