2001-2018年西江流域水分利用效率时空变化及影响因素

[目的]探究气候变化形势下流域的碳循环和水循环相互关系,对流域的水资源科学配置有重大意义。[方法]以西江流域为例,基于2001-2018年GLASS产品中的初级生产力(GPP)和蒸散发(ET)数据,定量计算区域生态系统植被水分利用效率(WUE),利用趋势分析和偏相关分析的方法研究植被WUE时空演变特征及其影响因素。[结果]2001-2018年西江流域植被的WUE总体呈增加趋势;林地的WUE增长速率最快,草地次之,耕地最慢。从空间分布来看,WUE值从广西中部的耕地向四周逐渐升高,WUE低值还零星分布在云南东部的台地和丘陵地区;西江流域15.23%,12.12%的区域WUE分别与气温、降水呈显著正相关;11.54%的区域WUE与太阳辐射呈显著负相关;NDVI与WUE具有显著正相关性;WUE随海拔的上升呈上升-平缓-上升的趋势,在2 100 m左右,WUE出现明显波动。[结论]气候因子、NDVI、海拔、人类活动均不同程度影响西江流域植被的水分利用效率,本研究可为西南喀斯特地区石漠化治理和流域生态防护林体系的建设提供参考。

广西近50年降水结构时空变化特征分析

为研究广西地区汛期降水结构的时空变化特征及趋势,基于1962～2012年广西83个国家级地面气象站逐小时降水观测资料,采用Mann-Kendall分析法、ArcGIS的空间分析技术研究了广西年降水量及不同历时降水的发生率和贡献率的趋势变化及空间分布规律。结果表明,近50年来,除桂北、桂中、桂西北气候区外,其他气候区的年降水量序列均呈上升趋势,降水峰值主要分布在桂南和沿海气候区;降水发生率和降水历时大致呈逆相关,贡献率随降水历时变化趋势则不明显;大部分地区短历时降水发生率、贡献率均呈下降趋势,10h以上降水事件的发生率、贡献率均呈上升趋势。

广西极端连续降水变化趋势及周期性研究

为分析广西极端连续降水时空变化特征,选取1958~2015年广西23个气象站点逐日降水资料,综合运用改进的百分位法、Mann-Kendall检验法及复Morlet小波分析法,分析广西1~5d极端连续降水的降水量和降水频次。结果表明,近58年广西极端连续降水量存在桂东北、桂南两个高值区和桂西北、桂东两个低值区;随着持续天数的增加,极端连续降水频次的高值中心由桂东北逐渐向中部蒙山地区移动,且低值区与高值区的差值逐渐缩小,说明极端连续降水的区域持续性随着持续天数的增加而增强;极端连续降水总体呈增加趋势,且随着持续天数的增加有两极分化的极端化趋势;1~5d极端连续降水26~28年周期最为显著,并嵌套几个长度不等的小周期,其中4~6、11~12、16~18年周期震荡较为强烈,目前广西正处于各天数极端连续降水的增加时期。

基于改进遥感生态指数的岩溶山区生态质量评价——以澄碧河流域为例

[目的]研究澄碧河流域1988—2019年生态环境的时空演变特征及其变化原因,旨在快速、科学地评价岩溶区生态环境质量变化,为岩溶区生态环境的保护、治理以及发展规划提供科学依据。[方法]基于Landsat遥感影像,引入归一化山地植被指数(NDMVI),改进综合生态评价指数(CEEI)模型,对西南典型岩溶区澄碧河流域1988—2019年生态环境质量进行动态监测,利用空间自相关方法定量分析流域生态环境质量的空间分布特征。[结果]①CEEI具有一定的科学性,并能较好反映研究区生态环境质量情况及时空分异特征;②1988—2019年研究区生态环境质量处于中上水平,整体呈上升趋势,低值区主要分布在流域北部岩溶峰林区与库区周边;③研究区生态环境质量具有一定的空间正相关关系,但聚集性逐渐减弱。[结论]改进的CEEI模型能够较好地反映澄碧河流域生态环境质量。澄碧河流域CEEI均值总体呈上升趋势,生态环境质量得到改善。

流域水系分形维数的研究

流域水系维数计算是研究流域分形特性及判断流域分形类型的首要问题,对流域汇流理论的发展具有重要的意义。针对目前各种水系分形维数计算方法存在结果不一致的问题,从河网形成及流域差别方面进行分析。根据定量地貌学理论,在提出流域的吸引因子是由分叉角、链长和"临界距离"组成的直角三角形基础上,结合水系发展有限性和自放射理论澄清不同空间、不同类别的各种维数之间的数理关系,分析影响维数值的因素,然后就3个流域的DEM网格数据计算出的各种维数值进行比较,以分析这些因素对各种求维方法的影响。

低坎分流墩消能工削波机理及其体型设计

为了低坎分流墩消能工的推广应用,以低佛氏数(Fr)水流的表面波浪作为研究对象,在揭示低坎分流墩消能工的削波机理基础上,提出了该消能工的体型设计方法,并将其应用在金鸡滩水利枢纽进行物理模拟验证。研究结果表明,利用经验公式设计出的低坎分流墩消能工,消除了低Fr水流水舌摆动的根源,改善了下游水流流态,下游水流表面波浪较小,削波效果显著。研究成果丰富了低坎分流墩消能工技术,为低坎分流墩消能工技术在实际工程中推广应用提供了理论依据。

澄碧河流域降水及旱涝变化特征分析

为了解西南岩溶区流域的降水及旱涝变化特征,选用澄碧河流域1979—2019年12个地面站点实测逐月降水资料,采用Sen斜率估计法、小波周期分析、经验正交函数(EOF)分析及标准化降水指数(SPI)等方法进行分析。结果表明,41 a间澄碧河流域年降水量呈现不显著增加趋势,以30 a为主周期;降水主要分布在夏季,并且呈不显著变化;降水量整体上呈现出由东南向西北递增的格局。EOF分析发现流域呈现出三种降水模式,其主要以全流域降水变化一致为主,其余两种模式均呈现出相反的降水变化。澄碧河流域干旱事件向洪涝事件转变发生在1994年,流域洪涝发生频率大于干旱发生频率,旱涝事件变化在空间上的分布特征具有一定差异性。研究结果对流域防范旱涝灾害具有参考意义。

广西极端降水时空变化规律研究

为了探讨广西极端降水的时空变化规律,基于广西82个气象台站1961—2016共56年的逐日降水数据,选择强降水量(R95p)、频数和平均强度三个指标,利用EOF、Mann-kendall和R/S分析法等方法,对广西极端降水的时空变化规律进行了分析。结果表明:①广西极端降水在2014—2016年之间发生突变,极端降水指数在多时间尺度下的周期变化基本一致,广西极端降水的贡献率较高且呈缓慢增加的趋势,极端降水的Hurst指数均大于0.5,未来变化趋势与过去变化趋势保持一致;②广西极端降水阈值和R95p在空间上总体呈现从东南向西北逐渐减小的特点,频数基本呈现由东北向西南递减的趋势,平均强度以桂中区域为中心向外呈递减的趋势,EOF分解得到强降水主要有局部旱(涝)型、东南西北反向型、全区旱(涝)型和南北反向型这4种分布类型。上述研究成果可为广西防洪减灾提供理论依据,为广西地区的洪水预警和农业生产响应奠定科学基础。

基于长期与中长期嵌套的水库优化调度

为解决水库优化调度过程中时间尺度不同而导致的水库综合效益不高的问题,以防洪与兴利为目标,将水库长期优化调度与中长期优化调度进行嵌套,建立水库多目标优化调度嵌套模型。其中,多目标问题通过约束法将防洪目标转换为硬性约束后,再转化为求解发电量最大值的单目标问题。算法方面,综合对比后确定长期优化调度采用动态规划算法求解、中长期优化调度采用遗传算法求解。为验证嵌套模型的优化效果,以澄碧河水库为例,进行水库优化模拟调度。结果表明:在满足防洪目标的前提下,嵌套模型优化调度方案相较于长期优化调度方案和实际调度方案效益均更高,验证了嵌套模型在水库优化调度问题中的优越性。

IMERG卫星降水产品融合校准及其水文效用

使用地面站点实测降水数据融合校准卫星降水产品,是提高卫星降水产品精度的有效方式之一。运用GWR地理加权回归法将两种IMERG卫星降水数据(IMERG-Uncal和IMERG-Cal)分别与站点实测降水数据进行融合校准,并将融合前后卫星降水数据分别作为输入驱动已建立好的SWAT模型进行径流模拟,探究融合前后卫星降水数据在澄碧河流域的适用性和径流模拟效果。结果表明,融合IMERG-Cal在日和月两个时间尺度上表现最好,尤其是月尺度上C_C均达到了0.9以上,误差明显降低,其径流模拟精度也较高,在澄碧河流域具有一定的适用性。

南宁市不同历时降水结构的多时间尺度研究

为研究不同历时降水事件的结构及变化趋势,借助小波分析的时频多分辨功能,从降水历时角度出发,将1971—2012年南宁市国家级地面气象站逐小时降水观测数据分为1~3 h,4~6 h,7~10 h,10 h以上4个历时,分析其多尺度周期变化。结果表明:11~3 h,4~6 h,7~10 h,10 h以上降水次数时间尺度的主周期分别在28,27,29和11年左右,7 h以下降水次数周期变化明显大于7 h及以上。24个历时降水量的主周期分别在28,26,29和12年左右,除7~10 h外,其他历时降水量周期变化都很明显,正负相位交替变化十分明显。3根据分析结果预测,在未来2年内,除4~6 h降水量外,其他历时的降水次数及量都将呈负相位趋势。分析不同历时降水结构的周期变化规律可为深入探索区域降水循环变异规律提供依据。

基于期望效益的随机动态规划方法探讨

根据数理统计的数学期望理论,建立基于期望效益的水电站随机动态规划方法,详细介绍了模型的目标函数、求解思路与过程。实例计算结果表明,水电站期望效益比设计效益增加16.4%,比实际运行效益增加34.5%,效果十分显著。该方法能为已建水库调度运行提供参考。

GPM IMERG卫星降水数据在广西地区适用性分析

为对比评估最新IMERG V6版本的3种卫星降水数据(Early、Late和Final)在广西地区的适用性,利用广西18个地面站点降水数据,选用7个评价指数从降水量误差、季节平均降水量、降水事件探测能力等多方面进行综合评估。结果表明:(1) 3种卫星降水数据与站点降水数据相关性随时间尺度增加均呈递增趋势,在月尺度上表现出较好的探测能力,但三者均存在均方根误差RMSE的时间累积效应。(2) 3种卫星降水数据对广西各季节平均降水量有一定的表征能力,但不同季节差异明显,在冬季的精度表现相对较差。(3) 3种卫星降水数据在地形和气象因素复杂地区的误差较大,降水探测能力存在一定的不足。(4) 3种卫星降水数据均能探测不同强度的降水,在雨季对降水事件识别能力较好,但降水强度加大使卫星探测降水事件准确率下降。总体上,校正延时IMERG-F精度略优于未校正近实时的IMERG-E和IMERG-L,在广西地区具有一定的适用性,但校正过程也存在加重降水量高估程度的现象。

广西南宁市邕江河段生态流量研究

以广西南宁市邕江河段为例,采用湿周法、生态流速-临界水深法和综合法计算生态流量,并对计算结果进行合理性分析;通过Tennant法核实得综合法计算结果最优,由此确定广西南宁市邕江河段生态状况。结果表明,广西南宁市邕江河段生态流量为20.54~77.56 m^(3)/s,比扣除供水和内河补水后剩余的流量小,满足邕江的生态流量;研究河段的生态流量占枯水期多年平均流量10%以上,表明该河段生态系统处于健康状态。研究结果可为流域的水资源开发、利用和修复提供理论依据,同时也为同类河段生态流量的推求提供参考。

改进模糊集分析法的汛期分期运用及合理性检验

针对传统模糊集在汛限分期应用中存在阈值确定主观性较强和只考虑单一因素的缺点,提出改进模糊集分析法。该方法利用变异系数法和灰色关联分析法计算各指标加权平均值,构造综合指标划分汛期,再通过均值变点法进行汛期分期。研究以澄碧河水库为例,采用改进模糊集分析法进行汛期分期,同时基于日均流量资料计算相对优属度进行检验的结果具有合理性和可靠性,是解决水库汛期分期问题的一种可行方法。

高达水库溢洪道消力池优化设计试验研究

针对高达水库溢洪道出口地形特殊性及由此带来的下游消能问题,按重力相似准则,采用1∶80的正态整体模型对溢洪道水工模型试验进行研究,并在原设计方案水工模型试验结果的基础上提出了溢洪道修改方案Ⅰ、Ⅱ,同时对两种修改方案做了试验对比研究。结果表明,修改方案具有设计优化效果,使泄洪流态更平顺,且方案Ⅰ优于方案Ⅱ;建议加高溢洪道消力池边墙高度,并注意加强下游对两岸岸坡的防护。

考虑变异的广西降水时空变化特征研究

基于广西22个气象台站1956年~2018年的逐日降水数据,采用经验正交函数(EOF)、Mann-kendall、小波分析法和R/S分析法等方法,对广西降水量的时空变化、周期规律和未来趋势进行了分析。结果表明,广西降水在空间上总体呈现从西南向东北先减少后增加的特点,但存在桂东北、桂南两个高值区;EOF分解得到的前三个模态可以较好地反映广西年降水的3种空间分布类型;通过多种突变方法的综合诊断,得出广西年降水在2012年发生变异。利用Morlet分析广西降水在多时间尺度下的周期变化,发现降水量序列存在3个时间尺度;广西降水量的Hurst指数大于0.5,说明未来变化呈增长趋势。

浅谈低佛汝得数Fγ水跃消能工的研究

介绍低佛汝德数Fr水流消能的主要问题、难点及目前采用的消能工形式,进一步探讨低佛汝德数Fr水跃消能工的合理形式,为中低水头、大流量泄洪消能寻找一条新途径.

消力戽在低佛氏数水流中的应用

结合左江水利枢纽的兴建对消力戽进行了研究和实践,介绍低佛氏数水流特点和低佛氏数水流消能工的研究现状,左江工程的运行资料证明消力戽应用于低佛氏数水流消能是成功的。

低坎分流墩消能工用于金鸡滩水利枢纽工程的试验研究

针对金鸡滩水利枢纽工程的低Fr水流问题,提出了将低坎分流墩消能工用于此工程的试验研究。在二元水流试验中,从下游水流的流速分布、表面波浪、河床的动床冲刷等水力要素方面选择了适合金鸡滩枢纽工程的低坎分流墩体形尺寸,然后在整体模型上加以验证。研究结果表明,低坎分流墩应用于金鸡滩水利枢纽工程具有显著的消能效果,消能机理清楚,经济效益明显,值得推广应用。