2022年长江上游流域严重干旱对三峡水电站水力发电的影响分析

利用三峡水电站精细化水文数据推算了高时间分辨率的发电量数据,量化了2022年长江上游流域严重干旱对三峡水电站水力发电的影响,并结合汇流区域气象站点降水量数据,分析了汇流区域气象干旱对三峡水电站水力发电的影响机理。结果表明:2022年三峡水电站水力发电量的减少主要集中在7—11月,该时期总水力发电量较正常情况减少了241.10亿kW·h(44.75%);其中,9月水力发电量减少幅度最大,水力发电量较正常情况减少了68.43亿kW·h(61.05%)。2022年三峡水电站汇流区域7—8月的气象干旱快速传导为水文干旱;同时,6—11月三峡水电站对发电量的调节能力变弱,水文干旱对发电量影响较强;三峡水电站汇流区域7—8月发生的气象干旱与防汛库容的要求,对水力发电均产生了较强影响,其“蓄丰补枯”作用的发挥也受到了明显的不利影响。

基于RSEI指数的长江上游流域生态环境质量时空演变及影响因子研究

为准确、及时地获取长江上游生态环境质量的变化趋势以及演变格局,基于Google Earth Engine(GEE)平台的MODIS系列遥感数据,通过计算长江上游流域生长季5—10月的绿度(NDVI)、湿度(WET)、热度(LST)及干度(NDSI)4个指标,采用主成分分析法(PCA)构建出遥感生态环境指数RSEI,并对长江上游流域生态环境进行评价。结果表明:(1) 4个指标在第1主成分(PC1)上的平均贡献率为71%,表明依据这4个指标在长江上游流域构建RSEI是可行的;(2)长江上游流域RSEI整体呈现显著增加趋势(p<0.05),增加速率为1.1×10^(-3)/a,具体可细分为两个阶段,分别是快速增长期(2000—2010年),其速率为5.9×10^(-3)/a,以及增速放缓期(2010—2020年),其速率为3.9×10^(-3)/a;(3)长江上游流域生态环境质量以优和良为主,且表现为南部比北部好及东部比西部好的空间分布格局;(4) 2000—2010年流域生态环境质量改善明显,改善面积占34.7%,2010—2020年改善面积与退化面积接近,两者仅差1.3%左右;(5) 2000—2020年长江上游流域RSEI变化趋势为正的像元面积占长江上游流域总面积的64.7%,其中显著退化的区域主要集中在嘉陵江下游地区;(6)生态环境质量主导自然影响因子在2000年为热度>绿度>湿度>干度;2010年依次为绿度>热度>湿度>干度;2020年依次为绿度>湿度>热度>干度。综上,利用GEE平台能快速、准确地监测长江上游流域生态环境质量,近21年来流域生态环境质量整体呈改善态势,但针对嘉陵江下游生态退化现象需要引起政府重视,尽快提出一系列生态修复措施,防止其生态环境进一步恶化。

基于数字滤波法的长江上游流域基流时空分布特征

基流是枯水期河川径流的重要补给来源。精确刻画长江上游流域基流的时空分布特征,对水资源合理的开发和利用有着重要的意义。将数字滤波法和SWAT模型相结合,开展了长江上游流域基流在时间特征上的研究,并利用克里金插值方法实现了长江上游流域基流空间分布的刻画。结果表明:1990—2000年长江上游流域多年年均基流量和多年年均基流模数的范围分别为:5~9500 m^(3)/s和0.36~28.00 L/(km^(2)·s);年径流量、年基流量与年降水量均呈现出明显的正相关关系,而年基流指数与年降水量呈现出明显的负相关;基流指数(BFI)在年际变化上较为稳定,表明基流是河流的重要补给来源。基流指数在年内变化存在枯水期>丰水期的关系,基流量在年内变化规律为夏季>秋季>冬季>春季、丰水期>枯水期;此外,长江上游流域基流量随着产汇流面积的增加而逐渐增加。

长江上游流域土地利用对面源污染影响及其差异

基于遥感与地理信息系统技术,对比分析了长江上游流域2000—2006年土地利用变化;利用输出系数模型,计算了土地利用引起的面源污染负荷,并从面源污染TN和TP负荷量、负荷强度和不同来源等角度,综合分析得出长江上游流域土地利用变化对面源污染影响及其差异。2000—2006年,长江上游流域耕地面积减少约1.10×104km2,林地面积增加约1.10×104km2,其他土地利用变化很小,表明西部大开发以来,天然林资源保护、长江防护林和退耕还林等工程实施效果明显。长江上游流域土地利用造成的TN和TP负荷量2000年分别为114.14×104t和3.39×104t,2006年分别为111.21×104t和3.31×104t。四川省西北部雅砻江中游流域、大渡河上游流域、岷江上游流域和贵州省北部乌江中游流域,2000—2006年面源TN和TP负荷显著减少。

水电开发背景下长江上游流域鱼类保护现状与规划

长江上游地区集中了长江流域近90%的水能资源,梯级开发和河道渠化导致河流原有生境破碎化、鱼类多样性丧失,水电开发与水生态保护之间的矛盾日益突出。文章系统收集了长江上游流域水生生物自然保护区、水产种质资源保护区和水电梯级开发现状资料并矢量化。在此基础上,结合流域鱼类多样性特点,分析了当前水电开发背景下长江上游鱼类资源变化以及保护区建设与管理存在的主要问题,提出了开展保护区普查和管理效果评估、优化空间布局,实施鱼类关键栖息地生态修复,实施上游濒危特有鱼类拯救行动计划,建立生态补偿机制,强化科研监测和基础研究等建议,为长江上游水电开发和水域生态保护的协调发展提供了科学依据。

ECMWF模式在长江上游流域调度关键期的预报检验评估

普查2013—2014年发生在长江上游流域的强降水过程,采用天气学检验方法,基于ECMWF模式开展检验评估。结果表明:ECMWF模式预报强降水过程起止时间和暴雨以上量级落区均在蓄水期效果最好;预报中雨以上量级的落区在各关键期总体较好,但在横江、乌江、宜宾—重庆南部、重庆—万州南部、万州—宜昌等区间易局部漏报,应加强对上述区间模式降水产品的订正;预报影响降水过程的天气系统,3 d之内与实况偏差较小,4—7 d与实况偏差较大,需预报员发挥主观作用进行订正。

长江上游流域水文条件变化下的三峡水库综合运用

近些年长江上游流域干支流水文条件发生了较大变化,上下游航运、下游供水保障、泥沙减淤、生态调度以及库区地质灾害治理也对三峡水库综合利用提出更高要求。在总结试验蓄水期以来三峡水库综合运用调度实践的基础上,针对新形势下各种调度约束和需求,提出了三峡水库优化水库蓄水和消落进程、加强实施汛期中小洪水优化调度,以及多库联合调度等改进建议,对保障三峡水库综合效益的发挥具有十分重要的意义。

2011～2060年长江上游流域降水变化预估问题的探讨

对IPCC第四次评估报告中12个全球气候模式集合平均制作的中国地区气候变化预估数据集(Version2.0)和长江上游流域逐日的降水观测数据进行了比较验证,结果表明:全球气候模式对长江上游流域的降水的时空变化具有一定的模拟能力,可以用来对长江上游流域未来的气候变化进行预估研究。在此基础上,进一步利用国家气候中心多模式模拟结果的降水数据开展了该流域未来50年降水的时间和空间分布变化的预估研究。结果表明,就2011～2060年整体而言,长江上游流域降水呈增加趋势。

长江上游流域综合开发治理思路与实现路径研究

长江上游流域在我国经济发展中占有极其重要的战略地位。开展流域综合开发治理是我国建设生态文明和应对全球气候变化的重要途径。未来一段时期内,长江上游流域综合开发治理应按照"保护生态环境、统筹开发资源、优化产业布局、防治城市污染、协调流域发展"的总体要求,坚持"以人为本、统筹兼顾、资源节约、因地制宜、综合治理"的原则,从规范空间开发秩序、协调长江上游流域经济快速发展与资源环境保护矛盾的角度出发,依据"分类分区"综合开发治理的实现路径,将长江上游流域分为:源头区、深谷区、山地丘陵区及三峡库区。根据流域各区段特征对各分区进行合理的功能定位,有目标、分层次、有重点地推进长江上游流域综合开发治理工作顺利进行。

长江上游流域水文生态系统分区及保护措施

现行的水资源功能分区和水环境功能区划在水资源利用、水环境改善和水生态保护中起到了关键性作用.但对比国际上水环境管理的趋势和先进理念,其功能区划仍存在一些问题.譬如,多以水体现状使用功能为基础进行划分,缺乏水生态系统完整性考虑;也亦未考虑水体区域分异性,难以在水资源和水环境管理中实现因地制宜.本文结合国际先进理念及相关理论,并充分考虑长江上游流域水系的自然特征和生态特征,探讨了流域水文生态系统的概念和基于流域的水文生态系统分区的初步思想,提出基于流域的水文生态系统分区的定义和基本原则,建立了流域水文生态系统的完整性评价及其综合评价指标体系,并明确给出长江上游流域水文生态系统区划的方案.该区划方法充分体现了国外趋势与国内管理要求,同时兼顾流域尺度、协调思想、因地制宜和动态性,从而为长江上游流域水环境管理提供战略层次的科学参考和应用基础研究的技术平台.

长江上游流域河长制绩效考核体系构建研究

目前“河长制”已在全国范围内广泛推行并渐趋成熟,但在执行过程中也产生了诸多问题。构建科学有效的河长制绩效考核体系是全面推行河长制的重要保障。在文献梳理的基础上,以长江上游流域为样本,从指标考核、工作测评、公众评价三个维度,研究长江上游流域河长制绩效考核体系,提出未来应设立指标动态调整机制,对相关指标赋权实施动态差异化评价,构建“绩效-考核-问责”联动机制,以期进一步完善河长制配套体系和推进河长制的长效发展。

长江上游流域地表水地源热泵系统适用性调研分析

通过实测,得到了长江上游流域不同地表水体的水温、水质特性基础数据。通过该流域某地表水地源热泵实际工程的运行测试,得到其夏季机组制冷性能系数为4.32,系统性能系数为3.02,表明地表水地源热泵系统在该流域应用具有节能效果。

长江上游流域数值预报产品误差分析与订正系统的设计与实现

为满足长江上游流域梯级水利枢纽的运行生产对精细化气象服务的需求,设计研发了长江上游流域数值预报产品误差分析与订正系统。该系统实现了长江上游流域内T639、欧洲、日本等数值模式预报产品及实况的实时收集处理和误差统计对比分析,提供了降水和数值预报天气形势场的自动客观订正产品,同时通过图形化界面的预报产品主观订正平台,实现了长江上游降水预报产品的制作输出以及各类误差分析数据的统计查询、对比显示,为综合有效的利用多种预报产品开展流域高质量、精细化的预报业务提供了支撑。该系统已在三峡梯调通信中心投入业务运行,运行情况表明该系统运行稳定、操作方便,具有较好的订正效果,在流域强降水天气过程的预报服务中发挥了重要作用。

长江上游流域生长季气象干旱分异特征

为揭示长江上游流域气象干旱发生与演变规律,基于气象站1961—2019年逐月气象数据,运用旋转正交分解(REOF)、集合经验模态分解(EEMD)及游程理论等方法研究了其生长季气象干旱变化特征。结果表明:长江上游可分为8个气象干旱亚区,其中Ⅴ区呈干旱趋势,Ⅰ区、Ⅲ区及Ⅶ区表现为变湿态势,其他各区表现为干湿交替态势;干旱周期以年际为主,Ⅰ和Ⅲ区表现出较为明显的年代际周期特征,趋势贡献较高的为Ⅴ区及Ⅷ区,其余各区趋势的贡献均小于年代际贡献;Ⅱ区干旱时间最长,达到1.57月,Ⅶ区最小为1.41月,仅有Ⅶ区干旱时间呈显著下降趋势,各区干旱强度比较接近,差异不大,且未来变化趋势不明显,Ⅶ区干旱面积为各区最大,达到30.36%,Ⅵ区干旱面积最小为19.18%,整体而言,干旱发生最为集中的为Ⅶ区,其AD达到0.091,最为分散的是Ⅱ区,其AD达到0.194。综上,长江上游流域各分区生长季气象干旱特征各有不同,西北部地区干旱较东南部地区严重。

基于TOPSIS的长江上游流域降水模拟与预报研究

为研究长江上游流域高精度的短期降水模拟和预报,优选适宜于流域的WRF模式参数化方案组合,构建了模式中不同微物理过程、陆面过程和积云参数化方案组合,建立了包含平均绝对误差、布莱尔评分、TS评分和合格率多个指标的定量综合评价体系,提出了基于TOPSIS多属性决策的最优参数化方案优选方法,并在长江上游流域选取了4场典型强降雨过程进行模拟分析。研究结果表明:在长江上游流域采用微物理过程WSM3方案、陆面过程Noah方案、积云参数KF方案条件下,WRF模拟降水与实测降水的空间分布和降水量级更为相符。

长江上游流域数值降雨预报产品精度评估

根据实测站点降雨数据和ECMWF、梯调降雨预报数据,评估两种降雨预报产品在长江上游流域51个降雨分区的面雨量预报精度。各分区面雨量预报值采用网格算术平均法计算,观测值采用泰森多边形法计算。相关系数、平均绝对误差和ROC曲线的AUC数值指标的计算结果表明,两种产品在长江上游流域均具有较好的预报效果,其中梯调降雨预报数据在预见期较长时相对精度更高,质量更为稳定;梯调降雨预报数据相较于ECMWF数据更适用于流域的上游和下游区间,中游区间ECMWF数据的预报效果更好。

考虑水库影响的长江上游流域降水时空变化分析

研究全球气候变化和大型水库建设运行对长江流域内原有降水特征变化的影响。收集1961-2006年长江上游流域的降水资料加以整理,采用线性回归法、SPSS检验、M-K检验法等方法对长江上游流域降水的年际变化、突变分析、空间分布特征进行分析,并采用GIS软件绘制研究区降水量的空间等值线分布图。结果表明:金沙江流域和雅砻江流域平均降水呈不同幅度的上升趋势,岷江流域、嘉陵江流域、乌江流域及长江上游干流流域平均降水均呈不同幅度的下降趋势;流域降水突变时间分布比较分散;长江上游流域多年平均降水从西北至东南逐渐增加,以金沙江流域的伍道梁站及雅砻江流域的理塘站为中心,整个流域年均降水变化趋势向外逐渐减少,以岷江流域的乐山站为中心,整个流域年均降水变化趋势向外逐渐增加。

长江上游流域水库群调蓄对三峡-葛洲坝梯级电站运行影响分析

长江上游流域支流众多,水能资源丰富,现已形成国内规模最大的混联式梯级电站群。三峡-葛洲坝梯级电站作为长江上游流域梯级电站最后一级,运行受到上游水库群调蓄作用的影响。以三峡水库上游26座关键控制性水库1997—2016年运行资料为基础,阐明调蓄影响下三峡-葛洲坝梯级电站入库流量变化规律,量化上游水库群调蓄作用对三峡-葛洲坝梯级电站发电量的影响。结果表明:上游水库群调蓄整体呈"汛期拦蓄,枯期补水"态势,优化了三峡水库年内入库径流分配,增加了三峡-葛洲坝梯级电站发电量。以2016年为例,上游水库群调蓄作用使三峡-葛洲坝梯级电站增加发电量4.001×10~9k W·h,增加发电量主要集中在枯水期。研究成果可为三峡-葛洲坝梯级电站中长期计划编制提供决策参考,有助于提升梯级电站调度运行水平。

长江上游流域秋季连阴雨时空变化特征

利用长江上游259个气象站逐日降水资料,采用线性趋势分析方法,分析了近1961—2012年来长江上游流域秋季连阴雨的时空变化特征。结果表明,长江上游流域秋季连阴雨过程平均出现1.54次/a,其中9月出现次数最多,10月次之,11月出现较少。秋季连阴雨日数、累积降水量分别以2.3 d/(10 a)、13.7 mm/(10 a)的速率显著减少,连阴雨开始和结束日期平均为9月9日和9月30日均表现出推迟趋势。进入21世纪后,5—9 d、10 d以上连阴雨过程的次数、80.0 mm以上连阴雨过程的次数均表现出减少趋势。金沙江下游和四川盆地东部为秋季连阴雨累计雨量及其变化速率的大值中心,四川盆地西南部为连阴雨日数及其变化速率的大值中心。9月的降水中心、雨日分布情况与秋季总体情况基本一致,10月降水中心、阴雨日数的中心出现了明显东撤,11月东撤更为明显。

长江上游流域水文预报系统及典型洪水反演分析

长江上游流域水文预报系统是三峡水利枢纽梯级调度通信中心开展水文预报业务的主要辅助决策工具,在长江干流梯级水库的运行和管理中发挥着关键作用。介绍了系统模拟的流域基本情况、气象水文站网、水文预报模型、气象预报以及数值预报产品的接入方式等。为检验系统的适用性和准确性,针对2021年汛期的3场典型洪水过程进行了反演分析。结果表明:该系统在反演分析中表现出了较好的性能和稳定性,但精度仍有改进空间。针对进一步提高预报精度和效率提出了几点优化建议,可为长江上游流域水文预报研究工作的提升和完善提供参考。