基于HEC-ResSim模型的丰满水电站生态调度模拟

为了改善丰满水电站下游产漂流性卵鱼类的产卵环境,提出合理可行的生态调度方案,保障电站安全稳定运行及上下游生态环境的可持续发展。通过定量描述涨水过程的涨水指标在丰满大坝下游河段的时空变化特征,将刺激产漂流性卵鱼类产卵的生态因素纳入到水库调度方案中。设定丰满水库的反调节水库——永庆水库建设前的有效涨水持续天数、有效涨水次数和前后两次有效涨水间隔时间的多年平均值,以及对其断面初始流量和流量日增加量分别提高50%和100%为生态调度目标,建立基于HEC-Res Sim模型的丰满-永庆联合生态调度模型,对其在丰平枯水年6种情境下的联合生态调度进行模拟和分析。从而为丰满水电站在实施生态调度期间的调峰发电运行方式提出指导性建议,并对其他重建水电站的生态调度模拟具有借鉴意义。     

长江水文过程与四大家鱼产卵行为关联性分析

以长江中游宜都后江沱断面四大家鱼为研究对象,根据评估河流生态水文变化的IHA方法,采用8个生态水文指标(涨水过程数、涨水时间、断面初始流量、洪峰流量、流量日增率、断面初始水位、洪峰水位、水位日增率)分析了长江干流四大家鱼产卵区域水文过程与其自然繁殖产卵行为的相关性。研究结果显示,涨水过程是四大家鱼产卵的主要诱导因素,当达到诱导产卵的临界涨水天数后,只需维持流量的平稳即可继续产卵行为,而涨水期高流量维持时间则是影响其产卵规模的主要因素。     

长江中游四大家鱼发江生态水文因子分析及生态水文目标确定

基于长江中游四大家鱼发江量历次调查数据,采用宜昌站作为长江中游水文情势变化分析的控制站,基于其1900~2004年共105年的日径流资料,采用每年5~6月涨水过程数、总涨水日数、平均每次涨水过程日数等3项生态水文指标,分析了四大家鱼发江量与3项生态水文因子的变化关系,认为产卵场所处江段每年5~6月的总涨水日数是决定家鱼苗发江量多寡的一个重要环境因子。根据IHA方法,对宜昌站105年来的生态水文指标分析表明,长江宜昌站生态水文过程的改变并不明显,5~6月总涨水日数变化趋势不显著,显示长江中游影响四大家鱼苗发江量的生态流量过程改变不明显,与前人得出的葛洲坝枢纽修建后四大家鱼的产卵条件和卵苗江汛规律没有变化这一认识一致。但是,随着三峡水库的运行,下游河道的生态环境流量过程会有较大改变,本文建议三峡水库的调控以保障长江中游每年5~6月的总涨水日数维持在22.1±7.2范围内为生态水文目标,即可从生态环境流量过程方面补偿水利工程对中游四大家鱼鱼苗发江量的影响。     

湄公河下游生态水文情势变化研究

由于人类活动加剧,湄公河下游河段生态水文情势发生改变。为定量评价湄公河下游生态水文情势的变化程度,基于湄公河下游桔井水文站(1961～2020年)逐日水文数据,采用Mann-Kendall突变检验和滑动t检验法进行年均流量趋势特征分析,并应用RVA法综合评价了湄公河下游生态水文情势变化及其生态影响。结果表明：(1)桔井站年均流量总体呈现先下降后上升趋势,突变年份出现在1996年,表明1996年以来人类活动对湄公河下游水文影响加剧;(2)湄公河下游桔井站的整体水文改变度为57.99%,属于中度改变,其中旱季水文指标受影响最高;(3)人类活动的干预增加了湄公河下游的旱季流量,对丰水期流量影响较小,需要增加对水生态的监测,防止水文情势变化对生态产生不利影响。研究成果可为探究湄公河下游水文情势变化提供理论支撑。     

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。     

基于IHA-RVA法金沙江下游生态水文情势评价

为了定量评价长江上游鱼类保护区河流生态水文情势的变化,选取金沙江下游屏山水文站(1956—2012年)逐日流量数据,采用Mann-Kendall法、累积距平法和滑动T检验法进行流量特征分析,并应用生态水文指标变化范围法(RVA)以及水文改变度法,综合评价了长江上游鱼类保护区河段生态水文情势变化及其对河流生物多样性的影响。结果表明:(1)屏山站年均流量总体呈现微弱增长趋势,突变年份出现在1997年,表明1997年以来气候变化和人类活动尤其是水电开发对长江上游水文影响加剧;(2)金沙江下游屏山站的整体水文改变度为51%左右,属于中度改变,其中流量下降率和逆转次数受影响最为明显;(3)水电工程建设一定程度上改变了长江上游河流生态水文情势,导致了长江上游鱼类数量减少。研究成果能够为长江上游河流生态保护以及开展水库生态调度提供参考。     

松花江流域中小洪水糙率分析

1 研究范围 由第二松花江丰满水库坝址、嫩汀尼尔基水库坝址始、下游至同江几作为研究河段.点研究河段:由丰满水库坝址、汀桥站水文断面始,下游至佳木斯水文断面.本项目在第二松花江丰满以下汀段、嫩汀汀桥至三岔河口江段、松花江干流汀段开展中小洪水(20年一遇以下洪水)不同级别条件下河床糙率变化规律及沿程变化情况的监测分析.     

岩滩和红花水库联合调度对大湟江口鱼类繁殖期流量影响初探

针对2016年6月初洪季某场次小洪水涨水天数及日涨率不能满足东塔产卵场鱼类所需水文节律的问题,选取临近浔江河段东塔产卵场的大湟江口站作为控制断面,拟定3种岩滩和红花水库联合调度方案,应用建立的西江中游河网及梯级水库水动力数学模型,对3种调度方案实施前后的水文过程进行了模拟计算和分析。结果显示岩滩和红花水库在参与调度的时间分别为40、30 h且调度期保持两水库出库流量分别为5 000、4 000 m3/s时,可满足大湟江口站连续4 d日涨率达到1 000 m3/s的鱼类产卵对水文节律的要求;考虑到尽量使两库调度流量叠加以改善东塔的流量过程,岩滩水库需早于红花水库20 h左右启用;调度中两水库都存在水位下降幅度过大过快从而影响水库安全稳定及其他功能的问题。因此针对西江中游梯级水库多但单个水库库容较小的问题,需探讨更多水库联合生态调度的方法以使调度方案更为切实可行。     

黄河生态水文评估指标体系的构建及案例研究

【目的】维持良好的生态水文联系是维持河流健康生命的基础,开展河流生态水文评估指标体系研究对进一步认识、量化和恢复河流系统健康状况具有重要指导意义。【方法】在总结、分析国内外相关研究成果的基础上,结合黄河生态水文特点,建立指标体系构建原则,通过因素分析提取可以表征黄河河流生态水文情势的50个指标,构建黄河生态水文评估指标体系,并将指标体系应用于黄河干流兰州断面的生态水文评估。【结果】实例研究结果表明,兰州断面的整体水文改变度为0.722,属高度改变。其中1、2、8、9月平均流量、逆转次数、高流量延时、枯季最大流量、丰季最大流量发生时间、大小洪水次数、涨水次数与延时等指标改变强烈,会对黄河兰州段的水沙关系、生物种群数量、幼苗比例、栖息地环境以及滩区、湿地、洪泛区的植被与动物种类产生较大的影响。与IHA指标体系对比,两者的评估结果基本一致。【结论】黄河生态水文评估指标体系在实际应用中可行,相对IHA指标体系更细致、更全面、更准确,可较好的反映黄河生态水文态势。     

丹江口水库运用对下游水文情势影响研究

为了分析丹江口水库建成投入运行以后对下游河道水文情势的影响,利用黄家港站、襄阳站和皇庄站1961~2000年日平均流量资料,采用水文变化指标法(IHA)和变化范围法(RVA),定量分析了丹江口水库运用前后汉江中下游河道水文情势变化及改变程度。结果表明,在5组IHA水文指标中,除年极端流量发生时间变化不大以外,其他各组水文指标值均发生了较显著变化;黄家港站、襄阳站和皇庄站的整体水文改变度分别为中度、低度和中度改变,这对汉江中下游河道生态系统稳定性和生物多样性带来不利影响。研究成果为丹江口水库生态调度和汉江中下游河道生态修复提供了科学依据。     

三峡初期蓄水对典型鱼类栖息地适宜性的影响

三峡工程是长江中游干流最大的骨干工程，蓄水后下游水文情势发生明显改变。分析水库运行后下游水文情势的改变情况，将为了解大型水利工程对河流健康状况的影响程度和开展生态保护提供有意义的信息和帮助。本文选择宜昌站作为研究对象，并以中华鲟和四大家鱼为典型代表物种，研究三峡工程初期蓄水对下游生态系统的影响。结果表明，三峡工程蓄水运行后，(1) 坝下宜昌站生态水文条件发生明显变化，主要表现为多年平均水温上升，多年平均流量、水位和含沙量下降；(2) 非汛期的水温以及汛期的流量、水位和含沙量月径流过程明显改变；(3) 下游生态水文条件的改变，导致中华鲟鲟卵孵化适宜度和四大家鱼产卵适宜度明显降低；(4) 栖息地内生态水文条件的变化是影响中华鲟鲟卵孵化和四大家鱼产卵行为的关键因素，而不是影响中华鲟产卵和四大家鱼鱼卵孵化的关键因素。     

丰满水库运行对局地气候的影响回顾

以我国最早建成的位于松花江上游大型水电站丰满水电站为例,统计了水库周边代表性气象站1961—2009年间的温度、降水量和相对湿度等数据,分析了建库后近50年来气候要素变化趋势和特征,并与建库前8年历史文献记录进行对比,以期揭示大型水库建设对局地气候变化的影响。结果表明:丰满水库年均和季均气温呈持续上升趋势,与吉林气象站年平均气温的差值也呈明显上升趋势,冬季的平均温度升高显著;丰满水库库区内年均降水量略有减少,近库区和远库区的年降水量比值呈明显上升趋势;丰满水库运行可能对局地气候中年均最低气温产生影响,并在一定程度上促进近库区降水量增加;年均相对湿度略有减小,总体呈暖干趋势;总云量变化不明显,且水库运行对雾凇景观的影响也不明显。     

丰满水库以上流域(不含白山区)遥测站网分析

针对丰满水库以上流域(不含白山区)水情自动测报系统现有遥测水文站网情况及流域雨洪、自然特性,对其站网布设合理性进行分析。遥测水位站采用位置及功能方法、雨量站采用流域面雨量精度比较法和站网密度检验法进行分析。结果表明,研究区域内遥测站网布设基本科学、合理,建议在除柳河子区间外的其他子区间内适当增加遥测雨量站个数,改旺起水位站为雨量/水位站,使站点分布更均匀合理,功能更完善,以提高流域水文预报和丰满水库调度的准确性。     

变化环境下渭河流域生态水文情势演变归因研究

采用生态最相关水文指标(ERHIs)评估渭河流域生态水文情势改变程度,通过主成分分析法筛选出7个指标作为渭河流域的ERHIs,并基于可变下渗容量模型的“观测-模拟”对比分析法对渭河流域生态水文情势演变进行定量归因。结果表明:咸阳水文站和华县水文站径流序列呈显著下降趋势,1990年是径流序列的突变点；咸阳站和华县站实测ERHIs综合改变度为41%和34%,模型模拟的两站ERHIs综合改变度均为18%；气候变化和人类活动导致渭河流域水文情势发生改变,两者对咸阳站ERHIs综合改变度的贡献率分别为44%和56%,对华县站的贡献率分别为53%和47%。     

1956-2019年乌江水文情势变化及其对鱼类的影响研究

水量变化导致河流生态水文情势发生改变,进而影响河流生态系统健康。为深入明晰乌江干流水文变异前后水文情势变化对鱼类生境的影响,选取武隆水文站1956-2019年逐日流量数据及2009-2015年12种漂流性鱼类产卵量资料,采用曼-肯德尔 (M-K)检验法、累积距平法研究乌江干流变异节点,分析突变前、后逐日流量的变化趋势,通过生态水文指标变化范围法(IHA-RVA)综合评价乌江32组水文指标特征及改变度,基于水文情势变化下研究鱼类数量变化过程。结果表明：乌江流量突变年份为2009年,与彭水水电站的运行时间相同,变异后,多年平均日流量峰值波动于15 000 m³/s,而变异前流量峰值接近18 000 m³/s。乌江32组水文指标整体改变度为38.7%,处于中度变化范围;属于高度改变的低流量历时和次数改变度分别为74.64%、75.29％,发生时间推迟4 d;高流量历时和次数改变度分别为29.79%、37.83％,发生时间提前21 d。降雨与流量呈极强正相关,降雨量的逐年减少对流量有重要影响。此外,水文情势的变化易受彭水水电站的影响。流量减少和变化下的水文情势对鱼类的影响是一个累积的过程,2009年后12种漂流性卵鱼类的产卵总量大幅减少,尤以2011年最为突出,仅为1 541.69×10⁴粒。本研究可为研判乌江水文情势变化过程及制定水生态修复措施提供参考。     

黄河上游龙羊峡以上大型水电站工程可能最大洪水估算初探

在分析黄河龙羊峡以上河段及邻近地区的大暴雨和气象资料的基础上,采用在龙羊峡水电站工程可能最大洪水(PMF)估算中使用的简化方法,即利用历史大洪水反推PMF的设计方法,先估算黄河上游玛曲水文站、唐乃亥水文站以上流域PMF,然后以玛曲站和唐乃亥站为依据站,取面积为权数进行线性内插,推求黄河上游龙羊峡以上大型水电站工程PMF。经与黄河上游已建大型水电站工程PMF成果比较,经合理性分析最终确定黄河龙羊峡以上大型水电站工程PMF成果。     

气候变化对北江流域径流影响的模拟研究

通过构建北江流域SWAT分布式水文模型,以北江流域13个雨量站10年逐月降水量及北江流域干流石角水文站同步逐月流量数据为输入条件进行水文模型参数率定,应用气候情景设置方法研究了北江流域在降水和气温等不同气候变化条件下径流量的变化规律。研究表明:气温变化1℃对年径流量及其年内分配的影响变化均在1%以内。降水量变化对年径流量影响十分显著,降水量变化10%对年径流量的影响变化可达到15%,而对径流年内分配的影响变化在1%以内,影响较小。随着气温下降和降水量的增加,枯季径流量占年内分配比例均有所上升,枯水期来水量提高,有利于流域城乡供水安全和生态用水安全。     

基于 IHA － ＲVA 法金沙江下游生态水文情势评价

为了定量评价长江上游鱼类保护区河流生态水文情势的变化,选取金沙江下游屏山水文站( 1956—2012 年) 逐日流量数据,采用 Mann － Kendall 法、累积距平法和滑动 T 检验法进行流量特征分析,并应用生态水文指标变化范围法( ＲVA) 以及水文改变度法,综合评价了长江上游鱼类保护区河段生态水文情势变化及其对河流生物多样性的影响。结果表明: ( 1) 屏山站年均流量总体呈现微弱增长趋势,突变年份出现在 1997 年,表明 1997 年以来气候变化和人类活动尤其是水电开发对长江上游水文影响加剧; ( 2) 金沙江下游屏山站的整体水文改变度为 51% 左右,属于中度改变,其中流量下降率和逆转次数受影响最为明显; ( 3) 水电工程建设一定程度上改变了长江上游河流生态水文情势,导致了长江上游鱼类数量减少。研究成果能够为长江上游河流生态保护以及开展水库生态调度提供参考。     

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。     

西江梧州水文站枯水期来水量预测

在搜集西江控制站梧州水文站枯水期来水量资料系列的基础上，运用周期波叠加法结合AR（p）模型对该站枯水期来水量进行长期预测，预测结果显示此方案可用于天然状态下梧州水文站枯水期来水量的参考性预报，对珠江水量统一调度有一定的参考价值。