基于RVA法和PCA法评估三座店水库对下游径流的影响

基于初头朗水文站1971-2016年的逐日平均流量资料,运用变化范围法(RVA)较为全面地评估三座店水库对河道径流水文情势的影响。由于众多水文指标间存在相关性,采用主成分分析法(PCA)筛选了33个指标中最相关的3个水文指标,6月均值、最小30日平均流量、零流量天数进行分析。三座店水库建库后导致6月均值下降了68%,水文改变度为41%;最小30日平均流量下降了88.48%,水文改变度为48%;零流量天数增加了3191%,水文改变度为62%。下游流量整体呈现逐步降低趋势,人类活动对河流水文情势改变为中度改变。     

近60年来岷江水文情势评价

水文情势变化是河流生态系统功能的主要因素.针对水利工程建设运行造成岷江流域水文情势变化等问题,选取岷江支流大渡河与岷江干流下游交汇处的代表水文站-高场站62年(1956-2017年)逐日流量数据,运用Mann-Kendall法、累积距平法、均值差异T检验法和滑动T检验法进行流量特征分析,并考虑水利工程建设对突变前后水文...     

安康水库对下游生态水文情势的影响研究

为研究安康水库对下游生态水文情势的影响,以安康水库1991-2011年入库流量数据和水库下泄径流数据为研究对象,采用变化范围法(RVA)分析了水库修建前后对天然水文情势的变化情况,定量评价了水文情势改变程度。结果表明：人类活动对河流水文情势影响较大,安康水库运行阶段的整体改变度为39.21%,属于中度改变。生态水文特征的中度改变将对汉江中的水生生物和整个河流生态系统造成深远的影响。     

赣江流域大(Ⅰ)型水库工程影响下的枯水变异研究

以赣江流域现有最大水利工程——万安水电站(水库)运行前后区分水利工程的影响时段,以赣江下游外洲水文站多年(1955-2011年)逐日流量为依据,在MK突变检验、滑动t突变检验的基础上,运用水文变异指标法和变化范围法(IHA/RVA)分析大型水库工程影响下的枯水变异特征。研究发现,赣江流域在1955-2011年,自万安水电站1990年正式运营之后,最小1、3、7、30、90d日平均流量的偏离率均显著上升,前4者的幅度均超过了24%。IHA的最小各日平均流量极值变化在中RVA范围尽管均属于低度改变,然而在低RVA范围内5个指标都达到了高度改变,由此充分揭示了对河流生态系统至关重要的低流量范围内多个枯水情势高改变度的存在,为水库生态调度和河流生态保护提供了有益的参考。     

三峡水库对宜昌站生态水文情势影响研究

为了评价三峡水库对长江中下游河流生态水文情势影响,以三峡水库下游控制水文站宜昌站1882-2013年日均流量为基础,运用M-K法和线性倾向估计法对宜昌水文站日均流量趋势性进行分析,并用RVA法分析了三峡水库蓄水年后生态水文指标改变程度。结果表明,宜昌站年均流量呈显著下降趋势,枯水期(1、2、3月份)的流量上升趋势明显,而4-12月份流量下降趋势明显;三峡水库蓄水对宜昌水文站的整体水文改变程度为61%,属于中度改变。该研究可为长江水生态保护提供借鉴。     

三峡梯级水库对长江中下游水文情势影响研究

以梯级水库下游宜昌水文站1882-2006年流量资料为研究对象,采用Mann-Kendall法对宜昌站流量变化进行了趋势性分析,并采用复Morlet小波周期性分析,在此分析基础上采用变动范围法（RVA）分析葛洲坝水库蓄水前后宜昌站水文情势变化,定量评价了水文情势改变程度,随后对三峡水库蓄水前后宜昌站水文情势变化进行了分析。结果表明,葛洲坝水库对水文情势改变程度为29%,影响程度相对较小,而三峡水库蓄水后,在较大程度上改变了河流水文情势,水文情势改变必将影响到长江中下游河流水生生物生态安全。     

基于情景分析和RVA法的梯级开发对水文情势的影响

以我国R河为例,运用情景分析和变化范围法RVA,计算了现状开发状态、高级开发状态情景下梯级开发对河流水文情势的改变度,探讨了R河不同梯级开发等级对水文情势的影响。结果表明:随着梯级开发等级的提高,梯级开发对R河水文情势的综合改变度有上升趋势,但不同指标的变化趋势不尽相同;高低流量频率及延时、流量变化改变率及频率指标的综合改变度为高度改变,其他组指标综合改变度为中度改变;综合评估梯级开发对R河天然水文情势的影响为中度改变。     

三峡水库对下游河流水沙情势影响评估

为了评价三峡水库蓄水后下游河流水沙情势变化特征及其产生的生态影响,运用双累积曲线法、MannKendall趋势检验法和变动范围法(RVA)对三峡水库下游宜昌站1952-2015年逐日流量和含沙量指标进行探究。分析结果表明:三峡水库下游河流水沙特性在2003年发生明显转折,年均流量和含沙量均显著下降;月均流量在丰水期增加,枯水期减少,月均含沙量年内大幅下降;年最小1、3、7、30、90日流量发生高度改变,而年极值含沙量各指标改变度均达到100%;流量脉冲基本属于低度改变,含沙量高脉冲改变度达到100%;流量的逆转次数,含沙量的上升率、下降率和逆转次数均发生高度改变;通过对河流水沙情势改变度评价,其流量属于中度改变,含沙量属于高度改变。三峡水库蓄水后在一定程度上改变了下游河流的水沙情势,对河流生态系统健康带来一定影响。研究结果可为三峡水库下游河流生态保护提供参考。     

基于FDC生态指标的水文情势评价

收集了攀枝花站1966-2017年日径流资料以及攀枝花站上游9个雨量站对应年限的日雨量资料,采用泰森多边形法进行面雨量计算,采用Mann-Kendall突变点检验法对径流变化特征进行计算,并对径流过程进行趋势分析,同时采用基于FDC的生态剩余、生态赤字的生态指标法分别从年、季尺度上对该地区的水文情势进行评价。结果表明:1966-2017年,径流和降水呈现出"低高低"的变化趋势;该站降水与生态指标具有较好的相关关系,表明该地区流量变化主要是由降水变化引起的;在季尺度上,夏季的生态变化情况与整年变化规律更为一致;在电站影响时期,不同尺度下生态指标的变化规律基本一致,表明攀枝花上游梯级电站对该站的水文情势影响甚微。     

闸坝工程建设对北运河水量水质影响研究

北运河流域闸坝工程修建,在一定程度上改变了河流的水文情势和水环境状况。以北运河重要水文站通县站1931—1990年流量资料为研究对象,对于闸坝修建前后水文情势变化进行了对比分析,同时对北运河干流关键控制性闸坝断面2004—2009年实测监测资料进行了水质评价,并对水质时空变化进行了分析。结果表明,北运河闸坝工程拦蓄导致流量减少,其中4月份流量减少最明显,非汛期较汛期下降明显;北运河水体环境质量整体上较差,基本上均为超V类水体,上游和下游水质相对优于中游水质情况,其中水质指标氨态氮、高锰酸盐指数影响较大。     

近70年首都水源涵养区水热条件及地表径流演变特征研究——以清水河和白河流域为例

永定河流域的清水河和潮白河流域的白河，是张家口建成首都地区水源涵养功能区的关键流域。利用清水河流域（1951-2020年）和白河流域（1970-2020年）的多年水文资料，运用有序聚类分析、小波分析等数理统计方法分别对清水河流域和白河流域的径流量、气候要素（降水和气温）进行趋势分析和突变分析，并基于Pearson相关分析和贡献率分析的方法讨论了降水量、气温和蒸散量对径流量变化的影响。结果表明：(1)清水河流域和白河流域的降水量呈现不显著上升趋势，1960-2020年间平均上升速率分别为0.964 mm/10a和3.316 mm/10a，分别在1965年和2016年发生突变；(2)清水河流域和白河流域的气温均呈现显著上升的趋势，清水河流域平均气温上升速率是0.246℃/10a，白河流域平均气温上升速率为0.207℃/10a，气温都在1988年发生突变；(3)近70年清水河流域和白河流域的径流量呈显著减少趋势，都达到了99%的显著性检验水平，并在1979年和1974年发生突变；(4)径流量的主导因素是降水量，降水量对径流量年内变化的影响主要发生在降水相对充沛的5-8月份。     

关河水库流域水文序列突变诊断与非一致性研究

在气候变化和人类活动影响下,近年来很多流域的水文序列发生了突变,呈现出了时间序列上的非一致性。同时,水文序列的自相关性影响其突变点的准确识别。为研究关河流域降雨以及径流序列的变化规律,根据流域内5个雨量站以及2个实测径流站点近50年的实测资料,利用Mann-Kendall秩次检验其趋势性,同时利用3种突变检验方法分别在无、有去趋势预置白(trend free pre-white,TFPW)前处理的条件下对序列突变点进行识别,并使用Morlet小波对序列进行周期性分析,从突变点诊断、周期性分析和驱动机制3方面剖析关河水库流域水文序列非一致性变化特点。研究结果表明:对系列的自相关性去除以后,TFPW对水文系列中初步识别出来的多个伪突变点有校正作用,有助于识别出真正的突变点,这一结论在随后的周期性分析Morlet小波方法中得到了验证。研究区降雨在1978年发生突变,径流在1979年发生突变,降水是引起两站径流产生突变的原因,且突变点前后径流序列的状态发生了根本性变化;相较于受单一气候影响的石栈道站,受气候因素以及人类活动双因素影响下的关河站其径流总量下降更为明显,径流变化周期不稳定且峰值有所减小。     

额尔齐斯河流域河谷生态系统水文情势变化影响分析及生态修复建议

额尔齐斯河河谷生态系统是新疆重要的水资源战略储备区,更是北疆抵御自然灾害的生态屏障。受水利工程建设、滥垦滥伐、过度放牧等因素影响,额尔齐斯河流域水文情势发生改变,引发洄游性鱼类繁衍受阻、林草面积衰退、生物多样性下降等问题。为探究水文情势变化与生态环境改变间关系,采用IHA-RVA方法(Indicators of Hydrologic Alteration-Rang of Variability Approach),对额尔齐斯河流域布尔津水文站进行水文情势改变度评估。研究表明,额尔齐斯河河谷生态系统为中度改变,建议采取以下措施:保证生态用水需求,生态流量应遵循天然状态丰、平、枯水期规律;布设过鱼设施,并合理控制高、低流量脉冲发生次数;5-7月各水利工程应相互配合进行生态淹灌调度,及时补充地下水。     

结合RVA法建立天然径流量还原计算的BP神经网络模型

鉴于烟台市水资源短缺,为了更加合理地开发利用水资源,在建立RVA模型评估烟台大沽夹河流域水利工程对水文情势影响的基础上,结合BP神经网络方法对大沽夹河流域径流量进行没有水利工程影响的天然径流量的还原计算。结果表明:(1)水库等水利工程建设后,使天然径流发生了显著的改变,其中月流量改变度在0.3～0.7之间较多,极限日最大最小平均流量改变度在0.3～0.6之间,属中度改变。(2)对RVA法所得结果进行分析,建立大沽夹河流域天然径流量还原计算的BP神经网络模型,通过模型的建立对天然径流量进行还原计算,结合烟台水资源评价提供的实测值进行误差对比,发现构建的BP神经网络模型可行与方便,可以为水利水电工程建设与该地区水资源合理开发利用提供科学依据。     

基于Budyko假设的岷江流域实际蒸散模拟研究

基于Budyko假设,采用傅抱璞模型对1980—2010年岷江流域实际蒸散进行模拟,将Mann-Kendall检验法、Pettitt突变检测法、反距离权重插值法用于分析实际蒸散的时空变化特征,以灵敏度及Pearson相关系数为指标分析了岷江流域实际蒸散的主要影响因子。结果表明,基于Budyko假设的傅抱璞模型对岷江流域实际蒸散的模拟效果较好。岷江流域多年平均实际蒸散在空间上呈自东南向西北逐渐减少的分布特征;在研究时段内,流域的多年平均实际蒸散呈显著下降趋势(通过99%置信度检验),并于1991年发生显著性突变(通过90%置信度检验)。岷江流域实际蒸散的变化是多种因素共同影响的结果,其中降雨是主要的气候影响因素。     

基于突变检验的黄河上游生态水文变异分析

黄河上游梯级水库在发挥防洪减灾、发电、灌溉等作用的同时,使黄河上游河段生态水文特征发生了较大变化,给黄河生态环境健康带来了一定的负面影响。以黄河上游代表站点兰州站为例,使用TFPW-MK突变检验法和秩和检验法分析其水文序列的变异点位置,采用水文指标改变法(IHA)分析变异前后水文生态指标的变异范围。结果表明:兰州站水文序列在1985年发生了变异,且水文变异程度较高,各项生态指标不同程度发生了改变,造成了水文生态条件的恶化。其主要原因是人类活动的影响。     

根河流域1980-2017年气候和径流的变化特征分析

根河流域处于我国寒温带地区,气候和自然环境较为特殊,分布着大面积冻土,对于气候变化非常敏感。【目的】通过分析根河流域气象要素和径流的变化,探讨气候和水文之间的相互关系,为该流域的水资源科学管理提供理论依据。【方法】以额尔古纳水系根河流域为研究对象,利用M-K检验和Hurst指数等方法,分析根河流域1980-2017年气象要素和径流的变化趋势及相互作用关系。【结果】①根河流域年平均气温在1980―2017年,共上升了1.10℃,在α=0.01的水平上呈上升趋势,且上升趋势有较强的持续性(H=0.75)。其中,生长季的气温变化最为强烈(Z=4.63)。②根河流域生长季降水量占年降水量的85%,趋于下降趋势,下降幅度为1.68 mm/a。③根河流域始冻期和完全冻结期的空气相对湿度分别α=0.001和α=0.01的水平上显著下降,且下降趋势有很强的持续性(H=1.0),变化幅度为0.05%/a。④根河流域径流量趋于下降趋势,在1997年和1999年发生突变,不年降水量发生突变的时间基本吻合,且降雨不径流的变化趋势一致,相关性分析表明,降雨不径流的相关系数为0.91。⑤根河流域径流量不年均气温相关系数为0.50,气温主要以增加流域各因子的蒸散发以及土壤和河流冻结、融化的时间或面积来影响流域径流量。【结论】根河流域降水量和径流在1980―2017年没有很大的变化趋势,气温呈猛烈的上升趋势,流域气候整体上趋于夏季越来越干冷,冬季干热的趋势。     

基于SWAT模型的沂蒙山水土流失治理区地表水与地下水转化规律研究

为研究沂蒙山水土流失治理区,气候及植被覆盖变化影响下,水资源转化规律,以蒙阴县岸堤水库控制流域为研究对象,采用归一化植被指数(NDVI)为指标,分析植被覆盖的时空变化规律,采用分布式水文模型SWAT研究流域水文要素的时空演变规律,定量分析地表水与地下水转化量.计算结果表明:2000-2016年,流域NDVI呈增大趋势,...     

三峡调蓄前后径流变化的多尺度分析

径流时间序列复杂多变,既存在着非周期成分(趋势、突变等)变化特征,又存在着多尺度的周期变化特征,水文径流的多尺度分析研究具有重要价值。主要利用极点对称模态分解(ESMD)方法,对宜昌水文站多年实测径流量进行模态分解及时频分析,得出不同的时间尺度下,该站径流的趋势、突变及周期变化,进而分析三峡水库调蓄前后的径流变化规律;同时分别利用传统径流分析方法中的Mann-Kendall(M-K)法、小波变换法及希尔伯特-黄变换法三种方法对ESMD法所得结论进行验证。研究结果表明:三峡调蓄前后,不同时间尺度下的径流均存在2003年6月左右的突变点,趋势项上均表现为不显著的递减变化趋势,这表明三峡工程的正式蓄水对径流量产生了较为明显的影响;年、月、日的周期则表现出了一致性,证实了径流研究具有不同尺度上的嵌套性,同时ESMD法在径流多尺度分析上具有较好的应用效果。     

长江中下游水电开发对河流水文情势的影响研究

为深入分析水电开发对河流水文情势的影响,以长江中下游江段为研究区域,选取宜昌站1956-2016年生态水文实测资料,以三峡、葛洲坝水利枢纽工程所控制的宜昌江段为研究对象,开展水电开发对河流水文情势影响研究,同时分析了下游水文情势变化对重要鱼类——中华鲟生境的影响,从而为保护中华鲟种群资源提供修复措施。结果表明:宜昌站1956-2016年的年均流量序列呈不显著下降趋势,年均水温序列呈显著上升趋势,年均含沙量序列呈极显著下降趋势;葛洲坝运行后三峡工程运行前和三峡工程运行后两个时间段内,筑坝对河段流量、水温、含沙量的改变方向均是一致的,且三峡工程的影响更为显著;流量的下降将直接导致中华鲟产卵场实际面积的缩小,水温的上升将会影响中华鲟的产卵信号,含沙量的减少一定程度上是有利于中华鲟产卵的。同时,从工程措施、非工程措施、管理措施3个方面提出来保护中华鲟栖息环境的具体修复方案。研究结果可为分析水电开发对河流水文情势的影响以及恢复或改善被破坏的河流生态系统提供具体指导和建议。