基于1960-2018年实测径流与水文学方法的开都河生态流量分析

为科学地确定河流生态流量,保障流域水安全与生态环境健康,基于开都河大山口水文站1960-2018年的实测径流数据,采用Tennant法、典型水文频率年法、最枯月平均流量法和Q_p法等4种水文学方法计算了河流的生态流量,通过对比分析确定基于Tennant法的计算结果最为适宜。计算结果表明：开都河大山口水文站10-翌年3月的平均生态流量应不小于15.60 m³/s,对应最小生态环境需水量为 2.47×10⁸ m³;4-9月的平均生态流量应不小于46.15 m³/s,对应最小生态环境需水量为7.30×10⁸ 　m³,全年生态流量平均不小于30.88 m³/s,对应最小生态环境需水量为9.77×10⁸ 　m³。该生态流量目标可满足开都河大山口至博斯腾湖河段的河道径流损失,保证河流基本生态功能与水生态安全。计算分析结果可为开都河河流生态流量管理提供支撑。     

基于黄河鲤栖息地水文-生态响应关系的黄河下游生态流量研究

本研究采用野外生物监测、栖息地同步观测和实验室控制实验等技术手段,应用生物学、鱼类生态学、生态水力学、水文学等多学科理论,基于河流栖息地模拟法,研究了黄河下游指示物种黄河鲤生态学特性及其栖息生境与流速、水深、水温等水文水环境因子之间的关系,将径流条件与目标物种不同生长阶段生物学信息相结合,建立了代表物种繁殖期、越冬期栖息地适宜度指数,构建了黄河下游重点河段河流栖息地模型,建立了指示物种栖息地状况与河川径流条件定量响应关系,提出黄河下游花园口和利津断面繁殖期最小生态流量为300 m³/s和100 m³/s、适宜生态流量为600~700 m³/s和190~250 m³/s。该研究在水生生物习性及其与河川径流响应关系方面实现突破,解决了黄河生态需水研究中关键技术问题。     

土地利用及降雨和气温变化对生态流量的影响研究

针对降雨量、气温和土地利用变化对生态流量的影响开展定量研究。以云龙水库流域为研究对象,采用SWAT模型和改进的Tennant法,定量分析了土地利用和降雨量、气温对月尺度生态流量过程的影响。研究结果表明：2008-2018年云龙水库流域内水域和建设用地面积有较大幅度的增加,使流域月平均生态流量和生态流量峰值均有一定程度的增大。经计算,流域水域和建设用地面积的增长率分别为950%、100%,累计年生态流量增加了7.82 m³/s;生态流量与降雨量和气温关系密切,其与降雨量呈正相关,与气温呈负相关,相较于气温,降雨量对生态流量的影响更大;在相同变幅下,降雨量增加比减少对生态流量产生的影响更大,气温下降比上升导致的生态流量变化更大。经计算,降雨量变幅分别为10%和-10%时,相应的生态流量变化量分别为+0.061 7和-0.057 0 m³/s,气温变幅分别为1 ℃和-1 ℃时,相应的生态流量变化量分别为-0.015 1和+0.019 3 m³/s。综上所述,降雨、气温和土地利用变化对生态流量的影响均较为显著。     

考虑河流生态需水约束的调水规模研究

为减少以调水和蓄水工程为主体的区域水网建设对生态环境的影响，以大通河为研究对象，筛选 9 种水文 学方法计算青石嘴、天堂、享堂 3 个关键控制断面 12 种不同的生态流量过程，基于过去 60 年径流时空分布以及 水-能源-生态（water-energy-ecosystem，WEE）纽带模型，开展生态调度计算分析。结果显示：大通河干流河道内生 态流量过程沿程增加，青石嘴、天堂、享堂 3 个断面年生态需水总量分别为 1.62 亿~14.54 亿 m3、2.46 亿~22.04 亿m3和 2.88 亿~25.46 亿 m3，且均以 Q90_Q50方法为最大，Tennant（10%）方法为最小；在不同生态需水约束下，引大济 湟工程调水规模介于 2.25 亿~8.81 亿 m3，占流域多年平均径流量的 7.8%~30.5%；生态需水保障率整体表现为非汛 期高于汛期，上游高于下游。兼顾生态环境保护与经济社会发展双重目标，为合理确定调水规模提供技术支撑。     

石羊河流域生态基流估算研究

生态基流是维系河流基本生态环境功能、保障生态系统稳定和生态用水控制的前提和依据。文章选取石羊河流域九条岭、红崖山水库2个水文站多年实测天然径流数据作为基础资料,采用Tennant法对石羊河生态基流进行了估算。结果表明：石羊河流域两站最小生态基流分别为1.01、0.77m³/s;通过Tennant法对比分析,得出两站最小和好状态生态基流分别为0.97、3.86m³/s和0.77、3.07m³/s。综合分析得到石羊河流域九条岭、红崖山水库生态基流下限值分别为0.83、0.42m³/s。研究结果对促进流域水资源高效利用,河流健康发展具有重要借鉴依据。     

淮河干流阜阳段生态基流估算研究

为了有效保障淮河干流阜阳段生态系统需水要求,根据淮河阜阳段鲁台子站1973—2017年实测流量资料,采用基流比例法、Tennant法、最枯月平均流量多年平均值法及90%保证率法,对淮河中游阜阳段生态基流进行了分析计算。综合对比分析各种生态基流计算结果认为,淮河阜阳段生态基流为67.17～201.52 m~3/s;除特枯年外,其生态基流保障程度基本能达到90%,结果比较符合实际。生态基流上限值占多年平均流量的32%,为了使河流健康状况达到更好水平,还需采取生态调度、跨流域调水等措施,实施引江济淮工程等,逐步提高生态基流值,从而保障生态环境安全。     

基于水足迹的湿地生态需水保障对策

采用定额法核算白洋淀流域2003年、2007年和2011年的水足迹,重点分析白洋淀流域内农业、工业和第三产业的水足迹结构。结果表明,白洋淀流域的虚拟水足迹从2003年的83.86亿m³增加到2007年的95.87亿m³, 2011年的108.21亿m³。从消费比例来看,农业用水所占比例最大,平均值达到69%;第二产业用水占24%左右,第三产业用水占7%左右。 提出解决白洋淀流域不同类型湿地生态需水的策略:调整流域种植结构,减少高污染、高耗水部门,提高农业灌溉效率和水资源重复利用率等,每年可节约5.95亿m³的水量,可以保障白羊淀流域湿地生态系统基本的生态需水。     

基于AHP-熵权法的望虞河西岸圩区活水调度方案多目标优选

以望虞河西岸的甘露圩和荡北圩为研究区,构建水动力-水质模型,选取恰当的水动力、水质和经济成本指标构建活水调度多目标评价指标体系,采用层次分析法和熵权法主客观相结合确定指标权重,决策单圩活水调度最优方案,并与圩区联合调度方案比较活水调度效果。结果表明:利用多目标评价指标体系可有效确定活水调度最优方案;甘露圩最优调度方案为陈家角闸和甘露港闸共同引水,徐家浜闸站以6 m³/s流量抽排;荡北圩最优调度方案为黄塘河闸和五星河北闸引水,珠桥河闸站和五星河闸站共以9 m³/s流量抽排;与单圩活水调度相比,两圩联合调度后畅流活水效果更优。     

底流消能诱发泄洪闸闸墩振动问题分析和减振措施研究

底流式泄洪闸在大流量泄洪时常伴随着闸墩剧烈振动。针对泄洪闸闸墩振动问题,以某水电站为例,基于水弹性物理模型试验和原型观测,提出改善闸墩结构和优化水库调度方案的两种减振措施。物理模型试验为研究闸墩振动提供了数据支撑,而原型观测结果验证了模型试验的可靠性。结果表明：当泄流量为5 400 m³/s时,通过优化水库调度,采用“低孔+表孔”联合泄洪的方式,表孔的泄流量从单独泄洪时的5 400 m³/s转变为联合泄洪时的低孔泄流量3 481 m³/s+表孔泄流量1 919 m³/s,表孔闸墩的振动位移标准差可从182.3 μm减小到51.7 μm,振动削减效果为71.6%;当表孔泄流量为10 030 m³/s时,通过对闸墩进行加固,闸墩的振动位移标准差可由288.8 μm减小到129.6 μm,振动削减效果为55.1%。     

黄泥河流域河道生态流量研究

黄泥河流域是典型的岩溶山区河流,喀斯特地貌发育,水资源供需矛盾突出,工程性、水质性缺水并存,流域生态环境脆弱。河道生态流量研究是保障河流健康、维护经济社会持续发展的一项基础性工作。运用水文学法、水力学法、生境模拟法和基流分割法对流域内主要河流控制断面生态流量进行分析。研究表明:水文学法和水力学法比较适宜推广运用,主要河流共9个河道断面的生态流量介于2.35～23.3 m3/s之间。     

疏勒河流域生态需水量研究

采用Tennant法、近10 a最枯月实测径流量法、90%保证率法、月年保证率法分别计算了疏勒河流域的生态基流;对敏感生态需水(包括河流湿地生态需水、湖泊生态需水、重要水生生物生态需水),采用流域典型区进行计算。疏勒河流域生态需水即为其生态基流与敏感生态需水之和。在对上述方法进行比较、分析的基础上,得出的90%的保证率法即为疏勒河流域生态基流比较合适的计算方法。计算结果表明:该河流域生态基流的所需水量为河流90%保证率下的最枯月平均流量的23%,河流的湿地生态需水量为6.40亿m~3,湖泊生态需水量为0.14亿m~3,重要水生生物的生态需水量为0.23亿m~3。在此基础上,通过计算得出疏勒河流域的生态需水量为6.77亿m~3。据此确定了疏勒河流域水生态红线和生态特征流量值,可为最严格水资源管理及水生态红线管理提供参考依据。     

基于Tennant法改进的生态水位计算方法研究

为了解决流量资料缺乏河流无法采用Tennant法推荐流量计算生态需水的问题,提出了基于Tennant法改进的生态水位计算方法。该方法将Tennant法中不同栖息状态下推荐流量占多年平均流量的百分比与水位保证率进行关联,以不同栖息状态对应的保证率水位作为生态水位。以淮河流域入海水道生态水位计算为例,选取淮河流域主要干支流上具有长序列流量资料的19个水文站作为参考站点,利用P-Ⅲ曲线推求Tennant法推荐流量阈值的水文保证率,综合分析各站结果,确定了淮河流域河流系统生态流量满足各等级所对应的水文保证率,并将其应用于流量资料缺乏的淮河入海水道生态水位计算。结果表明:淮河流域河流系统栖息状态为差与最佳时的水文保证率分别为90.2%,27.0%～41.6%。淮河入海水道淮阜控制调度闸和东沙港闸生态水位应分别保持在1.26～1.83 m、1.08～1.72 m之间。基于Tennant法改进的方法为流量资料缺乏河道生态需水的计算提供了一种新思路。     

东江流域基流变化特征及影响因素

基于东江流域控制性水文站博罗站1954—2010年实测日径流数据,采用数字滤波法和平滑最小值法进行基流分割,从不同的时间尺度上探讨博罗站基流的变化特征,从降水和人类活动两方面分析基流影响因素。结果表明:数字滤波法更适用于研究区;东江博罗站基流量的年内分布先增大后减小,基流指数先减小后波动增大;东江博罗站年均基流量和基流指数总体呈增大的趋势,多年平均基流量为414.04 m~3/s,多年平均基流指数为0.56。枯水年和偏枯水年的平均基流指数均为0.55,平水年为0.57,偏丰水年和丰水年分别为0.57和0.55;降水对东江流域基流量有年际影响;年内不同月份的突变规律说明大型水库是东江流域基流变化的关键性因素,水库的水量调度使基流量在枯水期呈显著增长趋势。     

基于径流还原的桑干河生态基流及其盈缺分析研究

考虑到流域内水循环及降雨径流关系,通过对径流还原后,采用生态基流计算方法,确定桑干河生态基流量,进行桑干河生态基流分析。针对桑干河罗庄-固定桥、固定桥-册田水库逐年计算时,采取逐项还原法,逐项还原断面以上未实测到的水量,加上断面实测径流,还原为断面天然径流量。采用Tennant法计算桑干河生态基流量,并与最小月平均流量法的计算结果进行对比。Tennant法生态基流量多年平均计算值介于25%和50%频率年的计算结果,符合实际情况。通过对桑干河灌区引水与河道实测径流变化对比,发现其引水对河道生态基流起到了制约作用,需要采取措施来解决生态基流的缺水问题。     

基于博弈论可变集模型的节水型社会建设评价

节水型社会建设评价的研究是制定相关节水政策与措施的基础。在节水型社会建设评价的过程中,既存在清晰信息,也存在模糊信息。根据这一特点,结合陈守煜教授的可变集理论,运用博弈论组合主观与客观权重,提出了一种基于博弈论可变集的节水型社会建设评价模型。利用该模型对洛阳市节水型社会建设情况进行评价,并与模糊综合评价法、模糊物元法、TOPSIS法和VIKOR法的结果相对比。结果表明:洛阳市节水型社会建设呈现一种发展向上的趋势,节水情况越来越好,可变集模型与其他评价方法相比具有更高的准确性与合理性。     

大通河流域径流变化及特征分析

根据大通河流域尕大滩和享堂两个水文站1952-2014年的逐月径流量资料,用不均匀性分析了径流量的年内分配情况,使用Mann-Kendall检验方法和Morlet小波变换对径流量突变和周期性分别进行了分析。结果表明:大通河流域的汛期主要为5-10月,尕大滩站和享堂站汛期径流量分别占全年的87. 81%和81. 9%。越向下游,大通河径流年内分配越均匀; 1991年之前,大通河上游和下游径流变化都呈下降趋势,1994年之后,上游尕大滩站径流量呈微弱的增加趋势,下游享堂站径流量呈快速下降趋势;上游尕大滩站径流量存在4、8、21a左右的周期震荡,下游的享堂站径流量则存在着3、6、31a左右的周期震荡; 1994年之前径流主要受气温和降水等气象的影响,之后人类活动占主导地位。     

基于数字滤波法的怒江流域基流时空分异

为明晰怒江流域基流时空分异特征,利用数字滤波法进行怒江干流和南汀河支流的基流研究。结果表明:1怒江干流3站基流指数IBF在0.71~0.74之间,南汀河支流2站的多年平均IBF在0.68左右,南汀河支流IBF明显低于怒江干流,干支流基流量和IBF自上游向下游递增;2各站基流量与径流量变化过程基本一致,两者相关系数均在0.9以上;3怒江干支流各站多年平均基流量和径流量年内分配均呈"尖廋"的单峰形,而多年平均基流指数年内分配均呈"V"字形,但两者变化过程不完全相反;4怒江干流代表站道街坝站和南汀河支流代表站姑老河站IBF均为丰水年平水年枯水年,这与基流相对于径流更为稳定有关。     

基于生态水文学法的湘江生态流量研究

河流生态流量是维持河流生态系统健康的重要条件。选取湘江(湘潭)作为控制性断面,采用生态流量年内展布法和IHA-RVA法计算河道最小和适宜生态流量,并以Tennant法进行合理性验证。结果表明:最小生态流量为639.6 m~3/s,占多年平均天然流量的32.2%;适宜生态流量为983.4 m~3/s,占多年平均天然流量的49.5%。该方法计算的生态流量结果能够满足河流生态目标的需求,与天然河流年内丰枯变化状态相吻合,计算结果较为合理。研究可为湘江湘潭的水资源管理以及生态系统的保护和恢复提供科学依据。     

金沙江流域云南片水文极小值演变及生态基流保障分析

基于金沙江流域云南片内主要支流1968—2017年水文径流极小值及年月平均流量数据,采用一元线性回归、Mann-Kendall等分析其极小值演变特征,采用Tennant法及地区经验综合分析其河道生态基流,并对其生态基流保障程度进行了评价。结果表明:东北区、西北区为年极小值对应每100 km~2产流高值区,滇中区为低值区,地区差异显著,东北区年径流极小值呈现显著波动减少趋势,滇中区、中北区及西北区变化趋势不一;主要支流平均仅有47%的年份生态基流得到全部保障,53%年份水文极小值低于生态基流,其中东北区及西北区保障程度较高,滇中区保障程度低;预计东北区受天然来水影响、西北区部分河流受水利水电工程调度影响,生态基流保障压力将逐步加大,滇中区除昆明、曲靖部分河流生态基流保障程度将逐步得到改善外,其他大部分河流将持续处于高压状态。