梯级水库中长期仿天然水文情势的生态流量多目标调度

针对现有研究较少从水文情势角度开展梯级水库中长期生态流量调度的现状,基于场景缩减（SBR）技术推求的仿天然水文情势生态流量过程,以梯级水库下泄流量与生态流量的动态时间规整（DTW）距离最小为生态目标,以梯级水库发电量最大为发电目标,构建梯级水库多目标生态流量调度模型,并采用“参数模拟-优化”思路求解,选择金沙江中游梨园、阿海、金安桥、龙开口、鲁地拉和观音岩6座梯级水库,对1953-2015年的旬径流资料开展分析研究,为梯级水库中长期生态流量调度提供参考。结果表明,推求的仿天然水文情势生态流量具有明显的季节性波动和上下游断面量级差异特征;相较梯级水库原调度方案,优化调度方案可通过径流调节,改善梯级水库中长期生态和发电效益,在不影响生态目标的状态下,可增加511亿kW·h的发电量,相应增幅为1.35%;在不影响发电目标的情况下,可减少134 253的DTW距离,相应降幅为3.85%。     

考虑生态流量约束的梯级水库分期消落水位多目标优化调度研究

针对如何表征枯水期季节性特征、优化分期消落水位来指导水库群消落调度的科学问题，该研究提出了考虑生态流量约束的梯级水库分期消落水位多目标优化调度模型。以金沙江中下游6座水库与三峡水库为研究对象，综合运用多种数理统计方法划分了流域枯水期；采用逐月滑动计算法推求了梯级水库分期消落水位；以生态和发电效益最大为目标函数，利用NSGA-Ⅱ算法求解了调度模型，得到了不同来水情景下梯级水库枯水期消落调度方案。研究结果表明：不同来水情景下，相较于常规调度方案，选定的优化调度方案可增加梯级水库发电量30.20~52.27亿kW·h（2.3%~5.0%）和供水量83.15~87.14亿m3（5.8%~7.4%），并提高河道生态流量保证率2.6%~22.9%。研究成果为协调梯级水库生态和发电调度提供了技术支撑。     

基于碳减排的梯级水库消落期多目标水碳调度研究

提出了基于碳减排的梯级水库消落期多目标水碳调度模型，将碳排放因子法应用于梯级水库水碳调度研究。以发电量最大和温室气体排放量最小为调度目标，采用 NSGA-II 算法求解模型，并以金沙江中下游 6 座水库与三峡水库组成的梯级水库为研究对象进行实例研究。结果表明：相较现行调度方案，在丰、平、枯不同水文情景下，发电效益最佳方案可使梯级水库发电量提高44.3~75.9亿kW·h/a，增长率为4.0%~5.2%；碳减排效益最佳方案可减少温室气体排放量（CO2当量）37.5~42.5Gg/a，降低4.2%~4.7%；协调调度方案可提高发电效益36.4~73.8亿kW·h/a(增长率3.2%~5.0%)，减少温室气体排放量（CO2当量）36.3~41.4Gg/a，降低4.0%~4.6%。研究提出的运行方案可为梯级水库消落期水碳协同调度提供技术支撑。     

赣江中游水利枢纽群生态优化调度的预测分析

针对水利枢纽工程对河流生态系统的影响,基于鱼类产卵期较大时间尺度（月为周期）的河道生态蓄水过程和小时间尺度的场次模拟生态洪水过程2种工况,建立赣江中游万安、石虎塘和峡江梯级枢纽群联合生态优化调度模型,分析生态调度对水库群经济效益的影响。数学模型中生态流量过程为约束条件之一,以水库群发电量最大作为调度目标,求各水电站的流量过程和发电量,采用逐次优化算法（POA）。结果表明,考虑生态调度后,系统总体发电量减少约185万kW·h,减少1.65%,对水库经济效益即总发电量的影响不大,实施水利枢纽群生态优化调度有利于减缓工程对河流生态系统的影响。     

赣江中游水利枢纽群生态优化调度的预测分析

针对水利枢纽工程对河流生态系统的影响,基于鱼类产卵期较大时间尺度(月为周期)的河道生态蓄水过程和小时间尺度的场次模拟生态洪水过程2种工况,建立赣江中游万安、石虎塘和峡江梯级枢纽群联合生态优化调度模型,分析生态调度对水库群经济效益的影响.数学模型中生态流量过程为约束条件之一,以水库群发电量最大作为调度目标,求各水电站的流量过程和发电量,采用逐次优化算法(POA).结果表明,考虑生态调度后,系统总体发电量减少约185万kW·h,减少1.65％,对水库经济效益即总发电量的影响不大,实施水利枢纽群生态优化调度有利于减缓工程对河流生态系统的影响.     

基于流域生物资源保护的水库生态调度

阐述了流域水电开发对流域生物资源的影响途径:通道阻隔、水库淹没、径流调节、水温变化等,探讨了流域水电开发对河流连续性、河道洪枯过程、库区生境等生态功能的影响方式.结合三峡水利枢纽工程实例,针对宜昌断面基于流域生物资源保护的流量要求,建立了以水电站发电效益最大为目标的长期优化调度模型,并采用差分进化法进行优化求解,获得了相应的水电站水库调度出流过程,并在此基础上采取人造洪峰、提高下泄水温等生态修复方式保护流域生物资源.建议水库运行调度应在考虑工程功能的同时,兼顾下游及水库的生态功能,以达到流域水资源开发与保护流域健康的生态系统相协调的目的.     

三峡水库生态调度对长江监利江段四大家鱼早期资源的影响

为探究生态调度对长江中游四大家鱼繁殖的影响,并了解影响家鱼产卵的关键生态水文指标的量化范围,于2013—2017年5—7月三峡水库生态调度期间在长江中游监利江段进行了鱼类早期资源调查,同时对采集到的四大家鱼卵苗与生态水文指标进行了相关性分析。结果显示,家鱼卵苗量与流量增长率呈显著正相关。每年6月下旬的生态调度,监利江段涨水持续时间为4 d及以上,流量增长率为1 600～2 833 m~3/(s·d)时,家鱼卵苗发生量较大,可占年总规模的45%以上。三峡水库生态调度涨水过程能够在一定程度上满足监利江段四大家鱼繁殖的水文需求,对减缓三峡水库运行引起的长江中游鱼类繁殖的不利影响和维持鱼类种群资源补充具有重要意义。     

乌东德水电站日调峰对下游裂腹鱼类栖息地的影响研究

日调峰是乌东德水电站日常运行的主要出力约束和调度目标，但调度引起的水库出库流量大幅涨落也可能对下游生态环境产生不利影响。采用河道内流量增量法，通过构建二维水动力模型，研究了乌东德水电站日调峰引起的下游河段水文水动力条件波动对裂腹鱼类繁殖期栖息地适宜性的影响，并分析了2023年电站基荷发电生态调度试验效果。结果表明：当乌东德电站下泄流量低于1160 m3/s时，坝下江段裂腹鱼类潜在产卵场面积相对较大；当流量高于2000 m3/s时，裂腹鱼类潜在产卵场面积显著减少。电站日调峰结束时，出库流量降幅越大，裂腹鱼类潜在产卵场脱水面积及鱼卵脱水风险越大。2023年乌东德电站基荷发电生态调度期间，坝下江段裂腹鱼类潜在产卵场的加权面积有所减少，但潜在产卵场和鱼卵早期的脱水风险有显著降低。为提高繁殖期裂腹鱼类生境适宜性和持续性，电站有必要进一步减少调峰频次、降低出库流量至适宜区间。     

长江上游珍稀特有鱼类保护区水文情势时空变化特征初步分析

为科学评价预测长江上游珍稀特有鱼类保护区水文情势变化特征,以长江上游珍稀特有鱼类保护区内的屏山、朱沱和寸滩3个水文站的实测逐日流量序列为基础,采用基于32个IHA指标的RVA方法,分析保护区水文情势的自然特征和不同历史时期的变化情况。并通过梯级水库联合调度运行模拟,研究金沙江下游梯级水库运行后保护区未来的水文情势变化。研究表明：上世纪80年代之前保护区的水文变化比较稳定;1990年后保护区水文情势变化有所增加;金沙江梯级水库运行后保护区屏山站的水文变化加剧,但朱沱和寸滩站的水文变化不大,显示保护区支流水量汇入显著减缓了水库调度对保护区中下游河段水文情势的影响。     

基于四大家鱼产卵需求的汉江中下游生态流量研究

针对汉江中下游梯级电站开发后水文节律变化造成四大家鱼栖息地生境质量降低的问题,分别通过几种常用水文学法和栖息地模型计算了汉江中下游河道最小生态流量和四大家鱼产卵适宜生态流量,并在最小生态流量的基础上,结合四大家鱼产卵适宜生态流量以及生态水文特征在5-8月进行了脉冲设计,综合确定出了满足四大家鱼产卵需求的生态流量过程。结果表明,Lyon法和7Q10法最适宜汉江中下游最小生态流量的计算,流量为294~863 m3/s;通过栖息地模型计算,彭市和仙桃江段四大家鱼产卵适宜生态流量为1233~3950 m3/s;流量日涨幅在139.1~534.8 m3/s,持续5 d的涨水过程可为四大家鱼产卵提供良好的条件。该研究从考虑四大家鱼产卵需求的角度,为汉江中下游梯级电站的生态调度提供科学参考。     

梯级开发对家鱼产卵场高低流量过程的影响

产卵场特有的水力条件是四大家鱼繁衍的重要因素,尤其是流量脉冲引发的流速上涨是刺激家鱼产卵、保证鱼卵孵化的关键水力因子;流域梯级开发改变了天然河道的流量脉冲过程,导致产卵场破碎萎缩、鱼苗锐减。为揭示梯级开发对湘江干流四大家鱼产卵场水力特征的影响机理,建立了湘江干流家鱼产卵场二维数值模型,模拟了梯级开发前后典型高低流量脉冲过程,分析梯级开发对鱼类产卵场的影响。结果表明,梯级开发后,水流结构复杂性减弱甚至消失,高、低流速脉冲过程变得“尖锐”,流速上涨时间缩短50%（高流量脉冲）和67%（低流量脉冲）,高流量过程的 “喜好流速”或“触发流速”基本消失,低流量过程大部分流速均低于“腰点流速”;对流速上涨过程中平均流速分级水域面积统计表明,低于“腰点流速”面积分别扩大至3.0倍（Q高）和3.2倍（Q低）,“感应流速”范围水域面积减少至天然情况的15.8%（Q高）和1.2%（Q低）,“触发流速”范围面积减小至天然情况的1.5%（Q高）和1.6%（Q低）,“喜好流速”范围面积减小至天然情况的2.0%（Q高）和3.1%（Q低）。研究结果可为鱼类资源保护和恢复等措施提供参考和依据。     

湟水流域水生态保护与修复研究

研究湟水流域水生态现状和保护与修复措施,加强湟水流域水生态保护,维持黄河尤其是黄河上游流域及青藏高原和黄土高原-川滇生态屏障生态安全。湟水干流、大通河梯级开发集中,河流纵向连通性遭到严重破坏,且大部分水电站是引水式小水电站,枯水期水电站下游河道脱流现象严重,河流水流连续性及横向连通性遭到破坏,河流生态功能严重下降。根据国家及黄河流域对湟水流域生态保护定位及要求,在湟水流域水生态状况评价及问题识别的基础上,明确各区域(河段)水生态保护目标,提出了湟水上中下游水生态保护与修复总体布局、重要断面生态需水指标及保障措施和重要湿地、重要鱼类栖息地等保护与修复措施体系。     

梯级开发下金沙江下游鱼类群落结构特征及环境驱动因子

为了探明梯级电站开发下金沙江下游鱼类群落的结构特征及主要环境驱动因子,于2017年对春季和秋季金沙江下游尚未建成的乌东德和白鹤滩水电站江段以及已下闸蓄水的溪洛渡和向家坝水电站江段应用多网目复合刺网进行了鱼类群落定量研究,同时运用多种统计分析方法分析了鱼类多样性特征以及鱼类群落与环境因子的关系。研究发现仍保持正常流水未成库区的乌东德和白鹤滩江段鱼类群落与已成库区的溪洛渡和向家坝江段有着明显的差异。在仍为峡谷激流型生境的江段,鱼类组成以土著特有鱼类为主,优势种为喜流水的圆口铜鱼C. guichenoti、泉水鱼P. procheilus、犁头鳅L. fimbriata;而在已蓄水的库区江段,鱼类组成多为长江中下游常见种类,优势种为喜静水缓流的?H. leucisculus、飘鱼P. sinensis、似鱎T. wwinhonis。应用典范对应分析对鱼类群落与环境因子做了相关分析,发现影响金沙江下游鱼类群落的主要环境驱动因子包括水深、总固体悬浮物、电导率、pH和水温等。这些研究结果为制定金沙江下游鱼类种质资源和生物多样性保护的相关管理政策提供了基础与支撑。     

金沙江乌东德水电站生态调度目标鱼类筛选研究

生态调度是缓解水电工程对鱼类不利影响的有效措施之一,确定生态调度目标鱼类是制定生态调度方案的基础和前提。在野外调查和查阅相关文献资料的基础上,运用物种濒危系数、遗传价值系数和物种价值系数对金沙江乌东德坝址至白鹤滩坝址之间分布的53种土著鱼类进行生态调度需求次序的定量研究,结果表明,处于生态调度需求1级的鱼类有4种,为圆口铜鱼、长鳍吻鮈、中华金沙鳅和齐口裂腹鱼,这些鱼类均属长江上游特有鱼类,也是受水电开发影响较为显著的种类;处于生态调度需求2级的鱼类有14种,包括长江上游特有鱼类11种,这些鱼类产卵繁殖对流水生境均有一定需求;处于生态调度需求3级的鱼类有28种,这些鱼类以广适型种类为主,对水流条件的要求不高;处于生态调度需求4级的鱼类有7种,多为常见的小型鱼类,其产卵繁殖对生境要求不高。评价结果基本反映了乌东德坝下江段鱼类对生态调度的实际需求,考虑到产漂流性卵鱼类和产粘沉性卵鱼类繁殖需求的差异,综合确定圆口铜鱼和齐口裂腹鱼为乌东德水电站生态调度的主要目标鱼类,长鳍吻鮈、中华金沙鳅等作为兼顾目标鱼类。     

长江流域典型区河-库水文网络连通综合评估

长江具备丰富的水资源和电力资源,近年来河网闸坝、水电等水利设施被大量建设,导致了连通性下降,从而带来一系列的生态环境问题,评估长江流域河-库连通性具有重要意义。本研究选择长江流域高坝大库（金沙江下游）、低坝枢纽（汉江中下游）和山区小水电（景谷）三种河-库连通类型进行研究。首先概化典型研究区河-库连通的水文网络模型,并将水电站、过渡区、河流汇聚点、闸坝作为重要的网络节点。然后基于网络的水文连通功能、生态环境功能和社会贡献功能构建水文网络连通评估指标体系,利用熵权模糊综合评估方法对典型河-库进行分析。结果表明,高坝大库和低坝枢纽连通性为四级（差）,山区小水电连通性为五级（极差）。并基于评估结果,对不同类型的河-库系统给出改善连通性的针对性建议。     

黄河下游湿地演变与实测径流相关性研究

探索不同类型河道湿地面积与水文站实测径流量的相关性，为黄河流域生态保护修复和管理工作提供支撑。选择黄河下游花园口-利津河段为研究对象，基于1986、1990、2000、2010和2020年5期遥感解译黄河下游湿地的类型、面积和格局，分析湿地动态变化及原因，结合黄河下游重要水文站实测径流量数据，探索黄河下游不同类型河道湿地面积变化与径流相关性。结果表明：（1）河流水面湿地为黄河下游河段湿地的主要组成部分，占湿地面积的45.9%~65.9%；（2）黄河下游河段的湿地面积从上世纪80年代至今虽然呈现萎缩趋势，面积减少约35.6%，但萎缩速度在不断减缓，湿地面积逐渐趋于稳定；（3）黄河下游游荡型、弯曲型和顺直型河段的湿地面积与径流量的相关性存在差异。游荡型和弯曲型河段河流水面面积与流量均呈正相关关系，但变化幅度不同，顺直型河段河流水面面积受流量的影响较弱，游荡型、弯曲型河段和顺直型河段滩地面积随径流量增大而减少，减少幅度各有差异，3种河段在不超过某一流量下，河流湿地的面积保持稳定，而超出一定流量范围后，湿地总面积均增加。