农业水权交易发展影响因素分析——基于宏观、中观、微观视角

我国现阶段农业水权交易分散且规模较小,农业水权交易市场活跃度不高。随着水资源供需矛盾的日益紧张,需要激发市场在水资源配置中的决定性作用,进一步为农业水权创造更大的交易空间。农业水权涉及多层级管理制度,却少有从全局到细节不同维度分析农业水权交易发展影响因素的研究,无法具有系统性地推动农业水权交易发展。为此,本文将影响农业水权交易发展的关键因素划分为宏观社会经济、中观市场主体及相互关系和微观交易要素三个维度,定性分析不同维度各因素指标的实质属性以及对农业水权交易发展的影响效果,找准农业水权交易发展的宏观支撑,明确农业水权交易市场的发展思路,进而聚焦到微观交易要素在水权交易过程中的作用,从三个维度分别提出加大农业水权交易政策和多途径推进农村水系连通的建设力度、明确政企角色定位、鼓励农业水权交易与土地实现同步流转等活跃农业水权交易市场的建议,以期为完善农业水权交易市场提供建设基础和思路。

降水产品偏差校正方法在长江子流域应用效果

降水产品的精度受到多种因素的影响,相对于地面站点观测降水表现出不同程度的偏差,需在实际应用前进行偏差校正并评估其适用性。为探寻适用于不同降水产品在长江流域不同区域内的偏差校正方法,评估CMFD、MSWEP和ERA5-Land这3种降水产品在长江流域内3个气候、地形和面积有较大差异的子流域内的适用性,并在此基础上对比使用3类7种方法对日尺度降水值进行偏差校正。结果表明:校正后的降水产品的适用性得到了不同程度的提升,而局部强度缩放与三伽玛分布结合校正法在3种降水产品和3个子流域的校正效果均为最优。校正方法的校正幅度与降水产品在研究区域的适用性存在反相关关系,产品的适用性越差,精度评价指标的改进幅度越明显。研究结果可为后期不同降水产品在长江流域不同子流域的准确应用提供可参考的校正方法。

基于MIKE 11和RKDG模型的两河口水库泄洪风险评估

近年来,全球气温上升加剧了水文循环过程,洪水遭遇事件频繁发生,使河道下游防洪形势进一步加剧,亟需探讨洪水发生时水库泄洪对下游防洪安全的影响。文章利用MIKE 11和RKDG模型评估两河口水库的泄洪风险,结果表明,RKDG模型和MIKE 11模型洪峰流量的率定期和验证期误差均在5%以内,NSE系数大于0.9。RKDG和MIKE 11模型的模拟结果表明,调洪泄流后洪峰流量出现的时间有显著滞后,洪水过程遭遇平均峰现时间延后86.84h和86.88h。本研究结果为水库管理和洪水调控提供了重要参考,有助于优化洪水管理策略,减少洪水灾害对下游区域的影响。

基于集合卡尔曼滤波法的清江流域多源融合降水分析

高质量的水文气象观测数据是开展气象和水文灾害监测、预报预警及长期气候变化趋势分析的基本支撑。针对流域尺度内现有融合降水数据空间分辨率低的问题,通过集合卡尔曼滤波(EnKF)融合算法对清江流域33个地面站点和TRMM及CMORPH两种卫星产品的降水数据在日尺度上进行融合,得到了0.05°×0.05°的清江流域融合降水数据MSAP。利用留一交叉验证的方式对卫星降水、地面插值和MSAP融合降水数据进行定量分析,证明EnKF融合算法能从相关性系数R、平均绝对误差MAE和均方根误差RMSE 3个方面改善清江流域降水的精度,并且融合算法改善了卫星数据和地面数据在流域边界部分区域精度低的缺点,展现了EnKF融合算法在降水数据融合中的应用潜力。进一步地,将MSAP与CMFD、ERA5和MSWEP等3种主流再分析数据进行对比,并对1998年汛期清江流域与长江干流四次洪峰遭遇中最大的两次遭遇所对应的场次强降水进行了空间分析。结果表明,在时间尺度上,MSAP数据具有最高的R和最小的MAE及RMSE;在误差的空间分布上,MSAP数据在各站点精度评价指标的空间差异最小,四种再分析数据精度由高到低排序为MSAP>CMFD>MSWEP>ERA5;在历时5日和历时2日的场次强降水过程中,CMFD、MSWEP和MSAP均能在一定程度上反映出暴雨中心,在空间分布和降水量级上,MSAP和CMFD基本保持一致。

汉江流域植被变化及其对多时间尺度气象干旱的响应

干旱是影响植被生长的重要因素之一,因此研究植被对不同时间尺度干旱的响应具有重要意义。利用1982—2019年汉江流域逐月降水和归一化植被指数(NDVI)数据,计算得到不同时间尺度下的标准化降水指数(SPI)、植被状态指数(VCI)和植被覆盖度(FVC),分析了植被时空变化及对多时间尺度气象干旱的响应特征。结果表明:汉江流域生长季NDVI在时间上呈现波动上升趋势,植被覆盖度在空间上表现为西高东低的分布特点;随着时间尺度的增加,干湿交替频率减小,表征干旱事件对降水的敏感性在降低;从干旱趋势来看,分别有37.62%和62.38%的地区呈现上升和下降趋势;从干旱频率来看,各季干旱高频事件集中在流域中部和东部;在年尺度下,NDVI与SPI-12在大部分地区呈负相关,有43.26%的地区表现为正相关,主要分布在流域中部和东南部;在季尺度下,春季NDVI对SPI-3的响应最明显,85.64%的地区表现为正相关;在月尺度下,汉江流域春季VCI受SPI-1和SPI-3的影响最为明显,而秋季VCI对SPI-12的响应更为显著;在不同土地利用类型中,草地和耕地与SPI的相关性较高,说明其对干旱的抵抗力较弱。

气候变化对清江未来径流及隔河岩电站发电的影响

以历史径流为依据的清江梯级调度规则难以适应气候变化需求,必然对梯级水库的安全稳定运行和兴利效益发挥带来影响。基于清江流域空间数据和观测数据,采用SWAT模型,运用统计降尺度方法模拟3种情景下流域内各站点的未来气象数据,进而对径流进行模拟,并对隔河岩水电站发电量变化进行分析。结果表明:未来时期RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5共3种气候情景下,清江流域出口长阳站多年平均径流呈上升趋势,年均径流增幅分别为6.0%、8.7%和13.2%;隔河岩水电站在上述3种情景下近期(2020—2045年)、中期(2046—2070年)和远期(2071—2100年)多年平均发电量增幅分别为3.4%~5.1%、7.7%~10.3%和13.4%~16.0%。该研究可为气候变化条件下清江流域水资源管理与隔河岩水电站发电调度运行提供参考。

鄱阳湖流域未来降水变化预测分析

利用鄱阳湖流域的13个国家气象站1961-2001年的实测降水数据和NCEP再分析数据,建立了鄱阳湖流域降水的统计降尺度模型;在IPCC 2000年排放情景特别报告(SRES)中的A2和B2排放情景下,应用HadCM3的输出数据,预测鄱阳湖流域未来3个时段(2010-2039年、2040-2069年、2070-2099年)的降水变化情况。结果表明:鄱阳湖流域大部分区域的降水量有所增加,在本世纪末最大可能增加11.15%。

基于EEMD的鄱阳湖流域年降水量周期预测

气候变化影响下的降水量周期变化对于认识鄱阳湖枯水具有重要意义。采用EEMD方法分别将实测和模拟年降水量分解成不同频率的成分,然后采用FFT求得各IMF分量周期,以便对比未来和基准期的周期变化。结果表明,鄱阳湖流域1961~2001年的实测年降水量序列整体存在2.5~3.5、6.5~8.0年的周期,较大尺度的周期表现不显著;ASD统计降尺度模型对序列的周期特性模拟能力良好。未来情况下,主周期相对基准期整体呈增大趋势,中小尺度周期仅有微小差别,较大尺度周期普遍增大,鄱阳湖流域年降水量过程波动剧烈程度降低。

多源卫星降水产品在长江流域的时空精度对比

准确评估现有多源卫星降水产品的时空精度特征,可为长江流域的水资源高效开发利用奠定坚实的气象数据基础。利用长江流域191个气象站点1999—2019年逐日站点实测降水数据和TRMM(tropical rainfall measuring mission)、CMORPH(CPC MORPHing technique)、CHIRPS(climate hazards group infrared precipitation with station data)和PERSIANN_CDR(precipitation estimation from remotely sensed information using artificial neural networks climate data record)4种卫星降水产品,运用皮尔逊相关系数R、均方根误差E RMS和纳什效率系数E_(NS)等连续性指标评价卫星降水产品在长江流域时间和空间尺度上相对于站点降水的探测精度,并运用探测率P_(OD)、误报率R _(FA)和T_(S)评分3个分类评价指标衡量卫星降水产品对不同量级降水的捕捉能力。结果表明:在年尺度上,TRMM和CMORPH相对于CHIRPS和PERSIANN_CDR表现出更高的探测精度,而对于年降水量空间分布特征,仅有TRMM、CMORPH和CHIRPS能不同程度地准确反映;在月尺度上,TRMM和CMORPH对降水估计仍然具有较高精度,TRMM、CMORPH和CHIRPS在描述月降水空间分布方面在长江流域不同区域各具优势;在日尺度上,4种卫星降水产品对弱降水的捕捉能力均较强,对强降水探测能力则较差;在空间尺度上,4种卫星降水产品在日和月尺度上表现为高海拔地区精度较高,而年尺度上则无明显变化规律。总体而言,4种卫星降水产品中,TRMM和CMORPH在长江流域年、月、日不同时间尺度上更具优势,但在空间分布上,4种产品在不同地区差异显著。这一结论为进一步开发适用于长江流域的高时空分辨率降水融合产品奠定了研究基础。

鄱阳湖未控区间流域水量平衡分析及校验

针对鄱阳湖未控区间多年存在的水量不平衡现象,计算了鄱阳湖未控区间流域水量平衡的各水文要素,分析了形成水量不平衡的原因,采用水量平衡方法对实测的湖口站日平均流量过程进行了修正,并运用多输入单输出系统模型对修正后的结果进行了验证。结果表明,湖口站修正后的日流量过程合理可靠,能反映实际情况。

鄱阳湖流域洪水遭遇规律和危险度初步研究

分析了鄱阳湖流域洪水产生的机理和洪水遭遇情况,基于灾变度概念建立了2个评价指标,定量评价鄱阳湖流域洪水遭遇造成的危险程度。结果表明:洪水遭遇构成的危险程度随研究范围的扩大而增加;洪水过程遭遇比峰值遭遇会造成更大的危险;鄱阳湖洪水过程若与长江洪水过程遭遇,危险度约增加150%。

考虑不确定性的长江流域极值降水指标时空变异分析

降低不确定性影响是进行极值降水事件时空变异合理分析的前提。基于6种大气环流模式的输出结果,采用分位数映射校正方法和多模式集合平均方法降低不确定性影响,分析了长江流域极值降水指标的时空变异规律。结果表明:原始的气候模式输出结果具有较大的不确定性,必须对其进行定量分析和采取适当有效的措施进行缓解。5个极值降水指标总体上相对于基准期均增加,最大增幅10%左右。仅个别区域的极值降水指标显示出变异的时间一致性,而空间变异在相同情景和时段上差别明显。

气候变化对赣江流域洪水频率的影响分析

本文利用最新的IPCC第五次评估报告AR5发布的BCC-CSM1.1数据与SDSM统计降尺度方法耦合驱动新安江水文模型,对气候变化情景下赣江流域未来洪水的变化趋势进行分析和探讨。结果表明,RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下洪水量级相对于基准期分别减小15%、9%和11%左右。三种情景下,未来不同时期的洪水均值、最大值和最小值的洪水重现期在基准期下均有不同程度的减小,其中最大值洪水减小幅度最大,1000年一遇洪水仅相当于基准期100年一遇,150年一遇洪水仅相当于基准期15年一遇。

气候变化对鄱阳湖水位变化的影响分析

水位变化直接关系鄱阳湖流域防汛抗旱的科学决策、水资源的高效利用、水生态健康以及湖区经济的可持续发展。利用鄱阳湖各站点的平均日降水、气温和水位资料,建立了三层反向传播神经网络模型(BP- NNM)。基于统计降尺度方法把全球气候模式BCC-CSM1-1输出结果降解到流域尺度的气温和降水数据,输入到BP-NNM得到未来气候变化情景下鄱阳湖水位系列,对未来鄱阳湖的平均水位进行分析。研究结果表明:在RCP4.5情节下,鄱阳湖未来平均水位的多年均值变幅小于2.5%,但是平均水位的年际变化在各月份之间差异较大。

基于Budyko假设预测长江流域未来径流量变化

基于Budyko水热耦合平衡假设,推导了年径流变化的计算公式,分析了长江流域多年平均潜在蒸发量、降水量、干旱指数和敏感性参数的空间变化规律。选用BCC-CSM1-1全球气候模式和RCP4.5排放情景,把未来气候要素预估值与LS-SVM统计降尺度方法相耦合,预测长江流域未来的气温、降水和径流变化情况。采用乌江和汉江流域的长期径流观测资料,分析验证了基于Budyko公式计算年径流变化的可靠性。结果表明:降水量变化是影响径流量变化的主导因素;长江各子流域未来径流相对变化增减不一,最大变幅10%左右;在未来2020s(2010—2039年)、2050s(2040—2069年)和2080s(2070—2099年)3个时期内,长江南北两岸流域的径流将出现"南减北增"现象,北岸径流变化增幅逐渐升高,南岸径流变化减幅逐渐降低。

金沙江下游向家坝水库不同出库流量对四大家鱼生境面积影响的定量分析

金沙江下游河道是珍稀特有鱼类国家级自然保护区,适宜的流量是鱼类产卵繁殖的必要条件之一.为量化金沙江下游四大家鱼产卵繁殖所需的适宜生态流量,以向家坝水电站坝址至宜宾水文站(宜宾江段)为研究区域,以四大家鱼产卵期栖息地对水动力的需求作为主要生态因子,通过2012—2019年四大家鱼生境水动力实测资料建立其水动力适宜性曲线,构建基于非结构化不规则三角形网格的宜宾江段平面二维水动力模型,实现了家鱼栖息地水动力分布特征的精细模拟,采用物理栖息地模型(PHABSIM)对影响四大家鱼产卵的主要水动力条件(流速及水深)的需求进行分析,量化水库不同出库流量条件下对应的四大家鱼的栖息地加权可利用面积(WUA),建立了流量与栖息地加权可利用面积关系曲线,定量分析水库不同出库流量对四大家鱼产卵栖息地加权可利用面积的影响,据此进行适宜生态流量的选择.结果表明:金沙江下游宜宾江段四大家鱼产卵繁殖期的适宜流速为0.6~1.3 m/s,最佳流速为0.9~1.0 m/s,适宜水深为3.0~18.0 m,最佳水深为9.0~12.0 m;栖息地加权可利用面积随着水库出库流量的增加呈先增大再缓慢减小的趋势,当水库出库流量为3000 m^(3)/s时栖息地加权可利用面积达到最大,占研究河段总面积的24.26%,由此推定四大家鱼适宜生态流量为2000~4500 m^(3)/s,最佳生态流量为3000 m^(3)/s.研究显示,通过控制向家坝水库适宜出库流量,可有效保证宜宾江段四大家鱼栖息地面积,为通过金沙江下游梯级水库的生态调度、改善四大家鱼产卵场水动力条件提供了依据.

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。

鄱阳湖流域入湖径流时空变化预测

对鄱阳湖未来入湖径流变化的准确预测可为"后三峡"时期水资源调度决策提供理论依据。基于实测资料发现,三峡水库蓄水后,鄱阳湖入湖年径流及各调度期径流均不同程度减少。通过ASD(Automated Statistical Downscaling)统计降尺度方法将GCM(General Circulation Model)输出数据与新安江水文模型耦合,得到未来鄱阳湖流域"五河七口"的入湖径流过程。结果表明,未来年径流相比实测变化幅度更小,偏多和偏少交替出现;集水面积较大的赣江、抚河和信江对鄱阳湖径流变化的贡献最大;无论A2还是B2情景下,均是蓄水期变化幅度最大、枯水期最小,且各调度期的入湖径流变化程度比年径流更大。

基于调度图的金沙江下游梯级水电站改进蓄水策略研究

为缓解金沙江下游梯级水电站汛末蓄水矛盾,改善蓄水过程中按调度图运行存在下泄流量、出力过程波动较大等问题,以溪洛渡、向家坝梯级水电站为研究对象,通过设置不同提前蓄水时机组合,提出基于水电站调度图的改进蓄水策略,并从年平均蓄满率、汛末蓄水位、总弃水量、总发电量等指标综合比较分析,确定了当起蓄时机为溪洛渡9月1日、向家坝9月1日,并采用改进蓄水策略蓄水时,为梯级最佳蓄水方案。同时,采用丰、枯典型年对蓄水过程进行验证。研究结果表明:提前起蓄时机有助于水电站提早蓄滞一部分汛末水量,缓解梯级水电站间的蓄水矛盾;改进蓄水策略充分利用调度线的过渡作用,有助于减少水电站出力在不同调度区之间大幅度来回跳动,实现了下泄流量、出力过程稳定。该研究成果可为金沙江下游梯级水电站汛末蓄水调度提供科学的参考依据。

三峡梯级水电站汛末联合多目标蓄水调度研究

针对三峡梯级水电站汛末蓄水调度的复杂问题,以汛末蓄水、下游补水和梯级发电为目标,构建了梯级联合多目标蓄水调度模型,提出了两阶段约束法对模型目标进行降维处理,进而采用动态规划求解模型,并通过对不同来水过程的调度计算与方案比较。结果表明,随着三峡水库汛末蓄水位的抬高,梯级向下游补水能力逐渐减弱;若三峡水库汛末蓄水位相同,则梯级下游控制补水流量越大,梯级总发电量越大;若梯级下游控制补水流量相同,则汛末蓄水位越低,梯级发电量越大;下游控制补水流量越大,则梯级下泄流量越均匀,发电出力峰谷差越小,也越有利于下游通航安全。