大伙房水库下游河道内最小生态需水量研究

为了使Tennant法更适合计算大伙房水库下游河道内生态需水量,对Tennant法计算标准进行修正,考虑了河流丰、平、枯水文变化特征,采用典型年逐月径流量修正Tennant法计算的生态需水量,不仅体现了天然河流水文变化特征,使计算的最小生态需水量更科学、更合理,而且减少了大伙房水库一些不必要的弃水,减轻供水期,尤其是枯水年供水期的水量分配压力。     

考虑径流非一致性的水库分期旱限水位优化研究

【目的】分析变化环境下水文序列的非一致性,为龙羊峡水库分期旱限水位优化调度模型的建立提供参考。【方法】采用Mann-Kendall检验法、有序聚类分析法和水文序列振动中心重构法,对龙羊峡水库年径流序列进行一致性分析及修正,然后利用水库旱限水位分级和Fisher最优分割法,对径流序列修正前后不同干旱等级下的水库分期旱限水位进行确定,最后通过耦合分期旱限水位建立以缺水指数最小为目标函数的龙羊峡水库优化调度模型,对径流序列修正前后两种情况下的分期旱限水位进行对比研究。【结果】一致性检验发现,龙羊峡水库径流序列具有明显下降的趋势,并在1989年发生突变。经一致性修正后计算龙羊峡水库7-10月、11-12月、1-4月、5-6月4个分期的旱限水位,在轻旱条件下分别为2 530.00,2 534.91,2 539.10和2 535.13 m,中旱条件下分别为2 530.00,2 535.44,2 539.80和2 536.70 m,重旱条件下分别为2 530.00,2 535.87,2 540.35和2 537.89 m;特旱条件下分别为2 530.00,2 536.06,2 540.58和2 538.12 m。采用不同调度模型对龙羊峡水库进行优化调度,结果显示修正后的调度效果较好,其总缺水量、缺水指数相比修正前分别降低5.37%和6.03%,其中枯水时段平均缺水量降低了10.71%,缺水程度改善明显。【结论】非一致性径流对龙羊峡水库旱限水位的确定有一定影响,一致性修正后的径流使水库旱限水位的确定更加可靠,水库的抗旱能力得以提升,可为水库供水、抗旱应急管理决策提供参考。     

渭河生态水文联系变异分区研究

【目的】对生态水文联系分区以表征不同空间范围内的变异情势,进而为流域生态水文联系的良性维持提供理论支撑。【方法】统计渭河流域21个站点水文序列的水文改变指标(IHA),应用变化范围(Range of Variability Approach,RVA)法对其不同时间段的生态水文联系改变程度进行评估,并分析其空间分布规律。基于IHA构建分区指标体系,依据不同站点的生态水文联系变异程度,运用层次聚类法进行分区,并与主成分分析结果进行对比以验证其合理性。【结果】依据渭河流域内各站点的生态水文联系变异情况,将渭河流域划分为强烈变异区、中度变异区与轻度变异区3个变异区,不同分区可反映其生态水文联系综合变异的变异情势。根据各分区内的主导变异成分,可将3个分区再细化成5个变异小区,在强烈变异区中,将高、低脉冲流量和丰水期流量为主导变异成分的站点划为强烈变异区Ⅰ,极端流量和流量变化率为主导变异成分的站点划为强烈变异区Ⅱ;在中度变异区中,将高、低脉冲流量和流量变化率为主导变异成分的站点划为中度变异区Ⅰ,将最小极端流量、高脉冲流量和丰水期流量为主导变异成分的站点划为中度变异区Ⅱ;由于轻度变异区各主导变异成分均较轻,故未进一步细分。基于层次聚类法的生态水文联系的变异分区结果较为合理,与主成分分析结果基本吻合。【结论】各变异分区可表征不同分区的综合变化强度和主导变异成分,通过该分区可基本了解渭河流域不同区域河流生态水文联系的变化情况。     

考虑生态径流过程的运行模式对文峪河梯级水库综合效益的影响

生态流量控制与水库其他效益之间的矛盾是河流生态流量保障实践运行的最大障碍,协调生态保障与水库既得利益间的平衡关系是开展面向河流健康的水库调度的重要前提。本研究以河流生态需水过程为生态控制目标,结合文峪河梯级水库的运行需求,划定不同阶段的多目标寻优秩序,并据此建立梯级水库多目标调度模型。依据不同水平年来水状况及远景年的相应措施,设置不同调度情景进行梯级水库模拟调度,得到不同情景下的梯级水库调度方案。最后,对方案中梯级水库的供水保证率、发电量、生态保证率等指标进行统计对比,分析无、低限、适宜三个生态流量控制下的文峪河梯级水库综合效益统计指标的变化规律。研究结果显示：(1) 三个生态流量约束限制,对下游的城镇与工业用水影响不大,其保证率高达99.39%。(2) 对灌溉用水而言,由于将生态流量优先权设置在灌溉用水前,对农田灌溉用水的影响是客观存在的,农田灌溉用水的保证率随生态流量的增加,有所降低,适宜生态流量控制方案较不考虑生态约束方案,保证率下降了10%,且很多枯水年份,破坏的月份达到了8个月,即一年中大部分月份不能满足灌溉需求,可见其破坏程度以及其潜在的经济社会影响不容小视。(3) 三个方案下泄的生态水量都较多,且水量过程差别不大,但生态水量下泄多发生在灌溉用水满足的时段。(4) 由于城镇工业用水、农业用水以及生态用水都是从下游取水,其变化对发电量的影响较小。且实施最小生态控制情况下,梯级水库的强制下泄水量有所减少,为柏叶口和文峪河水库间的补偿调节,提供了更多的空间。通过联合运用,在保障下泄水量要求的情况下,柏叶口相对增发,使梯级总发电量增大,并略高于其他两种方案。     

宝鸡峡引水对渭河水文规律及生态系统的影响

【目的】研究水文变化与河流生态系统的响应关系,通过对生态系统进行诊断,为河流生态系统的研究提供新途径。【方法】对渭河44年(1960-2005年)的水文资料和宝鸡峡灌区32年(1972-2005年)的引水资料进行统计与分析,探讨引水对渭河水文规律的影响,并采用变化范围法(RVA)对32个水文改变指标(IHA)进行统计,研究引水对渭河水文情势及生态系统的影响。【结果】引水导致渭河年平均流量较天然径流明显减少,且枯水年份尤为突出,32年中有8年年平均流量低于生态基流量;输沙量较引水前减少了80%强;且对河流的枯季月流量、年最小流量平均值、年最小1日流量发生时间、年低流量发生次数及平均延时、流量平均增加率等影响较大。【结论】宝鸡峡灌区引水对渭河的水文规律及生态系统的影响较大,尤其是低流量出现的频率和时间过多,严重影响河流的功能实现,迫切需要开展维持渭河河流健康生命的相关研究,在保证河流生态系统安全的同时,支持和改善灌区建设,以确保粮食稳定和区域社会的安全发展。     

基于混合分布非一致性年径流序列频率参数的计算

【目的】在2个分布组成的混合分布假设下,研究非一致性年径流序列的频率参数计算问题,为陕北及关中地区的水资源利用与管理提供依据。【方法】假设非一致性年径流序列变异点前后的序列分别服从2个对数正态分布或2个P-Ⅲ分布,全序列服从由这2个分布组成的混合分布,采用水文变异点综合诊断方法,确定非一致性年径流序列的变异点,最后采用模拟退火算法对混合分布序列进行频率参数估计。【结果】将基于混合分布非一致性年径流序列频率计算的方法应用于陕北及关中地区的实测平均流量序列,理论频率与经验分布拟合较好。【结论】混合分布模型是进行非一致性年径流序列频率计算的一种有效途径。     

基于SWAT模型的半城子水库流域径流模拟

该文应用分布式水文模型(SWAT模型)对半城子水库流域的径流状况进行模拟研究,并重点探讨森林植被变化对水文生态响应的影响。对半城子水库流域1990—1999年期间年、月径流进行模拟,以月径流模拟的效率系数、相对误差和相关系数3个指标为标准,对模型的敏感参数进行率定,并对2000—2006年的月径流进行验证模拟。结果表明,该模型适用于半城子水库流域的径流模拟,且精度较高。然后基于SWAT模型的模拟分析结果,应用GIS的空间分析功能,分析了半城子水库流域在1990、1995、2000和2005年的径流分布以及不同土地利用类型对水文响应影响的贡献。结果表明,降雨和土地利用变化对径流产生了较大的影响。降雨较多的月份,产生的径流也较大;降雨较少的月份,产生的径流也较小。土地利用的变化主要表现在灌木林和针叶林面积的减少和阔叶林面积的增加,相应的水文变化表现为径流量的减少。其中,针叶林和针阔混交林产生的径流量最大。     

河流生态流量的生态积分探讨

【目的】探讨更好地度量河流流量生态效益的单位、核算参照值和计算方法。【方法】针对河流径流量生态效益参照值选取困难,将河流流量生态效益理解为生态效用,借鉴Tennant描述的河流生态流量与栖息地质量关系的思想,给出河流径流生态积分概念、内涵和计算公式,用来衡量河流流量生态效用大小,用生态积分表示河流径流流量的生态效益。最后,以黄河龙羊峡和刘家峡水库2003年调度为例进行了方法检验。【结果】2003年黄河龙羊峡和刘家峡梯级水库对花园口站非汛期的生态基流补偿效益为289.4亿生态积分,其中龙羊峡对花园口站生态基流补偿效益为197.5亿生态积分,刘家峡对花园口站生态基流补偿效益为91.9亿生态积分。【结论】河流径流生态积分度量对径流生态效益进行定量衡量,用生态分弥补了衡量河流生态基流效益的参照值缺失,可以对水库生态调度等进行合理评价。     

陕北榆林地区河川径流变异类型的识别方法

【目的】探索陕北榆林地区河川径流变异类型的识别方法,为进一步了解黄土高原河川径流变化组成及其演变规律与发展机制提供参考。【方法】以陕西榆林22个水文测站的实测年径流序列为研究对象,将经验模态分解(EMD)法与二阶导数法、STARS法、迭代累积平方和(ICSS)法相结合,通过EMD分离径流序列中波动性成分(高频分量)与趋势性成分(低频分量),应用二阶导数法、STARS法和ICSS法对径流序列中趋势变异、均值变异和方差变异进行检验,有效识别不同水文站径流序列的复合变异特征与类型。【结果】陕北榆林地区22个水文站点径流序列总体呈现衰减趋势,年径流衰减速率空间差异较大(-0.06%～-54.73%),对榆林地区的区域用水安全造成了严重的威胁。年径流序列区域变异类型复杂多变,覆盖了未变异,趋势变异,均值变异,方差变异,趋势与均值两重变异,趋势与方差两重变异,均值与方差两重变异,趋势、均值、方差三重变异8种类型。其中,先升后降型和先降后升型的趋势变异主要集中在1960和2000年前后,向下跳跃均值变异主要发生于1970年左右,方差变异则多发于20世纪六七十年代。【结论】陕北榆林地区不同流域的径流时间序列变异程度有差异,且类型复杂多变,趋势变异、均值变异、方差变异基本呈现均势,且复合变异态势显著。在气候变化、下垫面条件变化以及直接人类活动的综合影响下,榆林地区的河川径流变化正在日趋复杂化。     

大伙房水库入库径流演变规律及驱动力分析

入库径流同时受自然及人为因素影响,为了更好的调控径流,更加合理的利用水资源,采用1959~2011年53a大伙房水库入库径流及降水资料,借助Mann-Kendall法、有序聚类分析、Morlet小波分析等方法分析大伙房水库入库径流年际、年内变化规律,探讨降水及人类活动对入库径流的影响。结果表明:53a来大伙房水库入库径流年径流、汛期径流、非汛期径流均呈不明显减少趋势,且存在6a和28a的丰枯交替现象和阶段性特征;入库径流年内分配极不均匀,最大月入库径流可占年入库径流的67%以上。降水对大伙房水库入库径流的影响逐渐变小,而人类活动对入库径流的影响呈递增趋势,1959~1975年和1976~2011年两个阶段中人类活动对入库径流减少的贡献率分别为3.1%和9.6%,说明人类活动为大伙房水库入库径流减小的主要驱动因子。     

基于水文模型的北京浅山区雨洪管理措施探究

目的浅山区是城市的生态屏障，由于浅山区的地形坡降较大，且洪峰汇流时间较短，极易形成季节性洪水，导致雨洪灾害。本文旨在探究合理的浅山区雨洪管理方式，研究不同雨洪管理情景在山地中的适用性。方法研究以北京市浅山区夹括河上游区域为例，基于HEC-HMS和HEC-RAS等水文模型模拟10年一遇设计降雨下的雨洪径流过程，对比分析3种不同的雨洪管理情景（传统管理情景、低影响开发情景和自然情景）在雨洪调控效果、生态环境影响和景观效果3个方面的综合调控效果，从而探究不同浅山区雨洪管理措施的有效性。结果（1）在雨洪调控效果方面，传统管理情景、低影响开发情景的蓄水容量分别是自然情景下的3.8倍、5.0倍，最大淹没范围较自然情景增大了2.0%、1.2%，传统管理情景、低影响开发情景对峰值流量的削减率分别为18.3%、31.5%，峰现时间分别推迟35 min、45 min。（2）在生态环境影响方面，低影响开发模式对于河道植被环境和水文连通性的积极效应大于传统管理模式和自然模式。（3）在景观效果方面，低影响开发情景在水体范围和环境契合度方面都具有较大优势。结论（1）相比于传统雨洪管理模式，低影响开发模式具有良好的雨洪调蓄作用，能增大雨水存蓄容量、削减峰值流量、推迟峰现时间，此外低影响开发模式能改善河道生态环境，并且具有良好的景观效果。因此通过综合判断，低影响开发情景更适用于本文的研究流域中。（2）低影响开发模式能发挥浅山区的地形优势，通过在地形平缓处设计雨水蓄水池来收集上游汇水。同时低影响开发模式按照海绵城市的设计规范制定雨洪目标，实现河道上游汇水区域年径流总量控制率大于85%，兼顾了河道生态和景观的需求。（3）研究发现HEC-RAS水文模型可以量化并可视化不同雨洪管理情景，为浅山区雨洪管理建设提供技术支持。（4）研究强调每个区域的特殊性，浅山区雨洪管理措施从另一层面扩展了低影响开发情景的应用，表明传统水利设施也同样适用于低影响开发的雨洪管理理念。      

河口湿地生态环境需水量计算方法概述与应用实例

河口湿地的保护越来越受到重视,计算湿地的生态环境需水量就更加重要。介绍了河口湿地生态环境需水量的计算方法,并以双台子河口湿地为例计算了其最大、最适和最小生态环境需水量,对双台子河口湿地的生态保护和水资源规划起到一定的指导作用。     

重庆市三峡库区县域生态文明发展水平时空演化

以三峡工程主体所在的重庆市三峡库区22个区县为评价单元,从生态环境、生态经济、生态生活、生态制度、生态文化5个方面选取20项指标建立生态文明评价指标体系,通过熵权法和多因子加权法计算各区县生态文明指数,并运用ArcGIS 10.5软件的自然断点分级法对各区县生态文明发展程度进行空间分级及可视化,分析近10年来重庆市三峡库区生态文明发展水平的时空演化特征,初步揭示库区各区县在生态保护与经济社会发展中的矛盾和短板.研究发现:①2006-2016年,重庆市三峡库区各区县生态文明发展水平整体提高,但各区县增速差距较大.生态文明指数均值由2006年的0.135增长到2016年的0.413,增幅为205.93%,其中增长幅度最大的江北增幅为370.53%,最小的武隆增幅为150.49%.②2006-2016年,重庆市三峡库区生态文明发展水平高低集聚格局基本稳定,但以生态经济为主导优势的新型高值区正在形成.重庆市三峡库区生态文明发展水平高值区主要分布在以巫溪、巫山为集聚中心的库区东北部,以石柱、武隆为集聚中心的库区东南部,以及正在形成的以渝中为中心的主城区;而低值区则主要分布在长江以北的大片区域.     

利用沃尔公式确定原始含油饱和度的方法

评价储层的重要指标之一就是储层的原始含油饱和度。以平均毛管压力曲线为基础,探讨了采用沃尔公式法确定储油层油的最小流动孔喉半径,从而确定油的最大含油饱和度的方法,并结合中国某油藏的实际压汞资料数据,详细介绍该方法的实施过程。实例分析表明,该方法能够有效地计算该地区的原始含油饱和度。     

天然气水露点与含水量的换算

在天然气水露点与含水量的换算过程中,涉及天然气状态方程、气液相平衡、气体混合规则等多步计算,参数多且需要迭代求解,整个计算过程相当复杂。为此,提出了一种快速、准确的天然气水露点与含水量的换算方法:选用PR状态方程,并基于GB/T22634-2008提供的关联关系曲线,通过相平衡理论导出计算气、液相的逸度系数公式,最后迭代求解。给出了整个换算过程的详细计算步骤,该计算方法的适用范围可扩展至0.1MPa≤p≤30MPa,-50℃≤t≤40℃。实际算例结果表明:该换算方法在压力范围为0.1～5MPa内计算结果准确性较高,当压力超过8MPa时,计算不确定度有待进一步分析。     

青海共和盆地贵南地区气温变化特征分析

利用贵南气象站1961—2015年逐月平均气温、平均最高气温、平均最低气温资料,采用气候统计诊断分析方法计算气温的年、季、月平均值以及气候倾向率,分析了近55年来贵南地区气温的变化趋势、突变特点及变化周期。结果表明,近55年贵南地区年平均气温、最高气温、最低气温均呈极显著的增温,且上升趋势具有较强的一致性;各月气温也均呈增温趋势。在诸多影响因素中,低云量对气温影响最大,其次为空气水汽压和相对湿度。Mann-Kendall检验表明,年平均气温、年平均最高气温和年平均最低气温分别在1990、1993、1970年发生了由低到高的突变。     

基于生态足迹的绵阳市可持续发展研究

结合绵阳市相关统计数据,计算2000～2009年绵阳市的生态足迹,分析在此期间生态足迹的动态变化过程,并运用万元GDP生态足迹对绵阳市经济发展能力进行分析,测度绵阳市可持续发展状况。结果表明,2000～2009年绵阳市生态足迹平均为1．192hm^2／人,生态承载力平均为0．5803hm^2／人,生态足迹是生态承载力的2．05倍;近10年生态赤字逐年上升,平均每年上升13％。对绵阳市可持续发展能力进行分析和评价,表明绵阳市经济发展模式已处于相对不可持续状态,并提出相应的解决措施。     

基于生态足迹的土地生态承载力动态变化研究──以成都市为例

基于成都市1998～2008年统计数据,运用生态足迹法、生态承载力以及GIS空间分析法,从时空两个尺度对成都市这10年间的生态足迹与生态承载力进行了计算,并据此对2009～2019年生态足迹和生态承载力进行模拟分析。结果表明,1998～2008年成都市土地生态足迹和生态赤字数值逐年升高,区域差异显著;在其所辖的9区4市6县中,中心城区生态赤字一直处于较高水平,生态赤字增幅以双流县、崇州市、青羊区最为显著,且高生态赤字区域在空间上呈现扇状分布;成都市经济社会与自然生态系统之间处于非持续发展状态且生态足迹数值在空间分布不均。