基于模糊逻辑的黄河流域水安全综合评价方法研究

为了对黄河流域及流域内省(区)水安全进行评价与诊断,从资源、经济、生态、环境和防灾五个方面构建了黄河流域水安全评价指标体系,建立考虑评价指标间影响关系的模糊逻辑评价模型,并提出了评价方法敏感性分析与水安全提升方向诊断方法。结果表明:模糊逻辑可通过指标间的影响关系增大单指标对评价结果的作用,所建立的模糊逻辑评价模型对单指标变化的敏感性是加权求和法的1.69倍;黄河流域水安全处于基本安全状态,流域内青海、甘肃、陕西和河南水安全处于基本安全状态,宁夏、内蒙古、山西和山东水安全处于临界状态;水生态安全是黄河流域水安全的主要制约因素,增加水生态安全是提升黄河流域及青海、甘肃、陕西和河南4省水安全的最优方向。研究成果揭示了模糊逻辑在处理多指标、非线性、复杂性问题上的优越性,可为水安全提升方向诊断提供新的思路。

龙羊峡水库调度对径流的影响及蓄补水规律

通过对比同一时段内龙羊峡水库入库径流与出库径流的水文变化指标(indicators of hydrologic alteration,IHA)、流量过程变异程度等指标变化,结合突变检验,量化水库调度对径流过程的影响,采用显著性检验识别水库蓄补水与来水、耗水等因素的关系。结果显示,1986—2016年龙羊峡水库调度导致径流过程显著变化:年均流量表现为极值比和变异系数减小;月均流量表现为6—10月减小、11月—次年5月增大;日流量表现为径流过程坦化,但小范围波动加剧。水库出库断面流量过程变异程度在初次蓄水年份发生突变,蓄水后流量过程变异程度是蓄水前的43倍。水库年补水量与黄河天然径流量呈显著负相关关系,与黄河流域地表水耗水量占天然径流量的比例呈显著正相关关系。黄河流域地表水耗水量占天然径流量的比例超过64%时龙羊峡水库以补水为主,反之以蓄水为主。

小浪底水库调度对黄河下游水文情势的影响

水库调度是改变河流水文情势的重要因素。针对将水库调度对水文情势的影响从多因素复合影响中分离出来的难题,提出了水库调度对水文情势影响的定量分析方法:模拟无水库情景下水库下游断面的日径流过程,采用IHA-RVA法,量化评价时段内有水库和无水库两种情景下水库下游断面的水文情势相对于近天然时段水文情势的变化,对比两种情景下水文情势变化量的差异,科学量化水库调度对水文情势的影响。评价了小浪底水库对黄河下游花园口断面和利津断面水文情势的影响,结果显示:与近天然时段相比,2000-2019年黄河下游水文情势发生了剧烈变化,突出表现为流量减小与径流过程坦化;面向灌溉、防洪、调水调沙等调度任务,小浪底水库保障了黄河下游连续不断流,增加了下游1月和3-7月的月均流量,减小了最大1、3 d平均流量,增大了最小1、3、7、30、90 d平均流量,减少了高度和中度改变的IHA指标数量。与近天然时段相比,2000-2019年黄河的工程条件、耗水量和天然径流量等均发生了显著变化,这些因素共同造成了黄河下游水文情势变化,因此小浪底水库调度对水文情势的影响与实测水文情势变化并不完全一致。研究结果表明,采用IHA-RVA法研究水库调度对水文情势的影响时,有必要排除掉气候变化、用水变化等因素的影响,以保障结果的准确性。

多年调节水库调蓄的影响因素判别与影响时长分析

以格兰杰因果关系检验为基础,提出了多年调节水库调蓄的影响因素判别与影响时长分析方法,并通过理论分析、实践总结、多元线性回归及相关关系显著性检验辅助判别因果关系的合理性。以黄河龙羊峡水库为例,结果表明:1990—2018年黄河天然径流量和地表水取水量均是龙羊峡水库补水量的格兰杰原因,影响时长均为2年,天然径流量和地表水取水量的当年值对龙羊峡水库补水量的影响强于前1年的影响;天然径流量与龙羊峡水库补水量间具有显著的线性相关关系,但地表水取水量与龙羊峡水库补水量间的线性相关关系较弱。结合龙羊峡水库调蓄机制和实践过程,发现天然径流量是龙羊峡水库调蓄的重要影响因素,地表水取水量对龙羊峡水库调蓄没有显著影响,但龙羊峡水库调蓄保障了黄河地表水的稳定供给。