考虑生态耗水的干旱区绿洲灌溉用水效率评价指标与方法

针对现行干旱区绿洲尺度灌溉用水效率评价对生态服务效益考虑不足的问题,提出了在绿洲尺度上考虑生态耗水的灌溉用水效率评价指标和方法,并应用于宁夏引黄灌溉绿洲。结果表明:宁夏引黄灌溉绿洲农田蒸散消耗水量中的灌溉水量平均占比达74.7%,生态系统蒸散消耗水量中的灌溉水量平均占比达39.8%,灌溉水对生态系统的支撑作用显著;考虑生态耗水前后的灌溉用水效率差为0.052~0.074,占未考虑生态耗水灌溉用水效率的13.9%~16.1%,灌溉水的生态服务效益明显;提出的评价指标与方法合理可行,能客观反映干旱区灌溉用水的综合效益。

基于文献计量分析的长江中上游鱼类资源研究综述

针对长江中上游鱼类资源领域研究,以主题“长江上游”“长江中游”“金沙江下游”“鱼类资源”“鱼类早期资源”为检索条件,筛选了2023年7月前中国知网及Web of Science核心合集数据库收录的503篇文献,利用CiteSpace进行文献计量分析并绘制科学知识图谱,在此基础上从文献数量分布、研究机构及代表作者分布、研究主题内容、研究热点及演变趋势方面对长江中上游鱼类资源领域研究进行了综述。结果表明:中国科学院和中国水产科学研究院等是该领域的领军机构;从发展趋势上看,该领域已形成了鱼类资源现状及变化趋势、鱼类资源的影响机制以及鱼类资源的保护对策3个重要的研究热点和方向。后面需进一步完善江段鱼类资源的长期动态监测方法、梯级开发背景下鱼类资源的变动情况以及鱼类资源的协同保护方法等方面的研究。

金沙江下游流域水风光多能互补调度研究

针对金沙江下游水风光多能互补运行管理中系统难度增高、调度需求复杂多变以及多时空尺度的不确定性等难点,主要分析了该流域水风光互补性,对水光风多能互补系统长-短耦合调度研究表明,金沙江下游水、风、光资源整体互补性良好。短期调度建议采用新能源优先并网,水电出力与风光弃电响应关系呈现两端大中间小的特征。风光新能源与水电打捆形成互补系统进行中长期调度。整个多能互补系统发电量将增加0.40%~0.48%,其中梯级水电较独立运行将损失发电量0.08%~0.25%,但风光新能源消纳水平可提升3.97%~5.99%。

乌伦古湖最低生态水位及生态缺水量

确定乌伦古湖的生态保护目标是流域水资源合理、高效配置的前提和基础。针对乌伦古湖冷水系淡水鱼类的生存繁殖特征,提出了基于干旱区湖泊鱼类~盐度~水量关系的湖泊最低生态水位计算方法,并根据该方法计算得到布伦托海和吉力湖的最低生态水位分别为476.12 m和478.12 m。由水量平衡关系进一步计算了湖泊最小生态需水量和接近95%、75%、50%降水频率年和多年平均降水条件下另需补充的水量,即乌伦古湖除定量调水外的缺水量分别是6.44亿m3、5.33亿m3、2.20亿m3和1.06亿m3。实际应用和相关佐证表明,该结论可信度较高。

矿井涌水量多方法预测与对比分析

为解决矿床水文地质条件的复杂性和矿井开采的阶段性带来的矿井涌水量预测不准确问题,以山西平朔井工一矿为例,利用大井法、Q—S曲线法及富水系数法预测了开采过程中的矿井涌水量。通过各方法预测结果的比较分析可知:大井法的水文地质参数选取受人为因素影响和边界概化与实际不符,预测结果偏高;Q—S曲线法抽水试验受降深及时间的制约,预测结果略低;富水系数法对相似性条件要求较高,但预测矿井涌水量精度较高。

潘口水库调蓄作用对黄龙滩大坝的防洪安全影响

针对潘口水库正常蓄水运行后将对黄龙滩大坝防洪安全产生极大影响的问题,利用龙格—库塔数值解法编制了水库洪水调算程序,采用有无对比法研究了有、无潘口水电站时黄龙滩大坝的防洪安全。结果表明,黄龙滩水库洪水调度方式由常规调度调整为预泄调度时,潘口水库的蓄水运行可大幅降低坝前水位、延迟洪峰和最高水位出现时间,大坝防洪标准将提高到2 000年一遇。

鄂尔多斯遗鸥保护区植被-水资源模拟及其调控

鄂尔多斯遗鸥保护区是典型的半干旱区内陆湖泊湿地,2002年被列为国际重要湿地,但是近年来湖泊面积急剧萎缩,一级保护动物遗鸥在此基本消失。为了查清湿地缺水的原因,并寻找解决的途径,基于SWAT模型,模拟了集水区的生态水文过程,结合气候演变规律,分析出该湿地缺水1004.3万m3。其中气候因素综合影响的水量为593.4万m3,饲草料基地建设共增加用水377.7万m3,植被封育减少径流24万m3,大口井和截伏流工程耗水9.2万m3。同时,计算了尾闾湿地的生态需水,从资源利用的角度调控集水区的生态水文过程,提出饲料地发展规模以不超过692hm2为宜、适当放牧以减少封育影响并节省饲料地用水、合理布设水利工程等措施,从而实现集水区坡面生态、尾闾湿地以及经济的协调发展。

潘口水库蓄水运行对黄龙滩水电厂中长期发电调度的影响

堵河中下游的潘口水库正常蓄水运行后,将会对下游的黄龙滩水电厂发电调度产生较大影响。在潘口水库调度方式确定的情况下,利用有、无对比法,采用调度图和离散微分动态规划算法,研究了潘口水库正常蓄水运行后在丰、平、枯三个典型年对黄龙滩水电厂中长期发电调度的影响。结果表明,潘口水库的调蓄可明显提高平水年黄龙滩水电厂的发电量,降低其年发电耗水率;对于丰水年和枯水年,潘口水库调度期期初水位高于345m时也可在一定程度上提高其发电效益;在潘口水库调度期期初水位低于345m时,黄龙滩水电厂宜采用优化调度方式,并尽量提高其期初水位至245m以上。

分布式水文模型在短期水文预报中应用的可行性探讨

针对目前基于物理机制的分布式水文模型在短期水文预报业务中尚未推广应用的事实,论证了分布式水文模型在短期水文预报中的可行性。以第二类分布式水文模型SWAT为例,分析了水文过程的模拟原理、方法和基本步骤,提出了其在短期水文预报中应用所需的降水预报技术、降水数据的空间展布技术、"3S"技术、流域坡面离散技术、对人工侧支水循环的处理技术等关键技术,并指出了分布式水文模型应用于短期水文预报时存在输入资料不足、模型自身缺陷、计算精度和效率的权衡等局限性和不足,提出需要进一步加强水循环过程的机理研究,加强与气象模型的耦合研究及对"3S"技术的应用研究。

SWAT模型及其应用进展研究

在众多的水文模型中,SWAT是20世纪90年代发展起来的且在国内外应用较好的具有物理机制的分布式水文模型。本文简要介绍了SWAT模型的发展过程,较为详细地说明了模型的结构特点,并针对基础数据库,阐述了所需要的数据参数资料的来源和基本作用。随后分析了该模型在国内外应用实例中的可靠性、存在的问题和对模型应用中的改进,最后根据我国的特点,总结了该模型应用中的限制因素以及改进方向,建议加强我国土壤植被等基础数据库建设,改进模型部分计算方法,提高模型在我国应用的可靠性。

丰满水库以上流域(不含白山区)遥测站网分析

针对丰满水库以上流域(不含白山区)水情自动测报系统现有遥测水文站网情况及流域雨洪、自然特性,对其站网布设合理性进行分析。遥测水位站采用位置及功能方法、雨量站采用流域面雨量精度比较法和站网密度检验法进行分析。结果表明,研究区域内遥测站网布设基本科学、合理,建议在除柳河子区间外的其他子区间内适当增加遥测雨量站个数,改旺起水位站为雨量/水位站,使站点分布更均匀合理,功能更完善,以提高流域水文预报和丰满水库调度的准确性。

基于分布式水文模型SWAT的缺资料地区水资源评价方法

气候变化和人类活动对流域水资源演变的影响程度不断加剧,对传统水资源评价技术方法提出了挑战。针对变化环境下缺资料地区传统水资源评价方法水量"还原"失真、水质水量评价分离、地下水和地表水评价分离等问题,本文采用了基于分布式水文模型SWAT的水资源评价方法,探讨了其评价原理、关键步骤和在缺资料地区的适用性等,并以西北内陆河玛纳斯河流域山区为例,比较了传统水资源评价方法和本文所用方法评价结果的差异。结果表明,本文所用方法在流域水资源评价精度、评价对象和水文要素的完整性、评价时段的灵活性上具有显著的优越性,证明利用具有物理机制的分布式水文模型有望实现水资源的动态、高效和快速评价,其评价原理可为水资源评价方法的改进提供一种新思路和技术支撑。

中小河流洪水预警预报方法与应用

中小河流预警预报模型方法是中小河流监测预警预报体系建设中的重要内容,本文将其分为集总式水文模型、分布式水文模型、其他经验方法 3种类型进行探讨后指出,集总式水文模型和其他经验方法在目前中小河流预警预报实时作业中仍然占有重要位置,分布式水文模型具有应用潜力,但目前还没有大规模用于洪水预报业务;而后结合典型实例分析了中小河流预警预报方法应用与方案编制过程中资料收集、预报模型选择、参数率定、精度评定等关键环节的主要内容,最后提出中小河流预警预报方案要根据流域能够获得的雨量、水文、下垫面、洪水特性、相似流域预报方案等资料情况综合考虑选择具体方法。

考虑水电站调蓄影响的堵河流域洪水预报方案构建

随着堵河流域水电能源大规模开发,多级电站水库建成蓄水,原堵河流域洪水预报方案已不适应调度要求。采用三水源新安江模型、水库调洪演算法和2005—2015年流域测站资料等,建立了考虑水库调蓄影响的堵河流域洪水预报方案。结果表明,在众多电站水库调蓄下,以洪峰流量和洪量的20%作为许可误差,龙背湾、潘口和黄龙滩3个预报断面预报方案合格率在82%左右。本预报方案的建立可为流域内各水电站的安全运行提供必要的技术支撑,同时对整个流域的防洪具有重要意义。建议在利用本方案进行实时洪水预报时,与流域内水库调度相结合,并实时调整前期土壤含水量等初始值,以达到好的预报效果;另外还需不断增加场次洪水以验证模型参数,修订和更新预报方案,进一步提高预报精度。

鄂尔多斯遗鸥保护区生态系统服务价值评估

对鄂尔多斯遗鸥国家自然保护区遗鸥繁殖生境——尾闾湖泊湿地,从生态系统服务功能的"分项"和"准整体"两种角度出发,分别采用现行的价值评估方法和生态系统服务价值当量,结合研究区生态系统的服务功能分析以及2005年全国粮食及其他产品的价格水平,评估了研究区的生态系统服务价值,其分别为0.93亿元和1.48亿元,约为1.4万元/hm2和2.2万元/hm2。通过对两个结果的分析比较可知,研究区湿地生态系统服务功能的价值量在(1.0～1.5)亿元之间,其价值量的大小受选用方法、对生态系统服务功能各部分的认识及价格水平等因素的影响。

耗散性流域灌区河网提取的渠系分级挖深与预制流域耦合方法

针对环状灌区渠系与平原区高差变化不明显这两种因素交织作用下的灌区高精度河网提取难题,基于地表径流漫流模型基本原理,利用ArcSWAT平台的河网提取和流域划分模块,在原始DEM和实测河网的基础上,提出了河网提取的渠系分级挖深与预制流域耦合方法,并在具有耗散特性的玛纳斯河流域进行了应用。结果表明,该方法提高了灌区河网模拟和子流域划分精度,为分布式水文模型在灌区的推广应用提供了可供参考的前处理技术手段。

实时洪水预报中基于岭估计的AR修正模型研究

为提高实时洪水预报精度,经常将水文模型与误差修正模型相结合,AR模型因其结构简单广泛应用于实时洪水预报误差修正。然而,实际应用显示,AR模型时常出现修正结果不稳定现象,表现为流量修正幅度过大,甚至出现“震荡”现象,严重影响修正效果。鉴于此,本文从矩阵特征值角度解释了AR模型出现不稳定现象的原因,并引入岭估计方法选择性利用流量信息更新自回归系数,使其更满足真实流量的涨落过程,增强该模型的稳健性。将新方法应用于蔺河口流域,结果显示岭估计方法显著提高了AR模型的稳健性,从而改善了模型修正效果,进一步提高了洪水预报精度。

长江上游流域降水结构时空演变特性

为研究气候变化和人类活动背景下的长江上游流域降水结构时空分布特性,利用长江上游流域67个气象站点1961—2005年45年的日降水资料,分析了各种不同历时连续降水的时空演变特征。通过Trend Free Pre-Whitening方法消除降水时间序列中的自相关成分,利用非参数的Mann-Kendall法检验了降水结构的变化趋势。结果表明:①长江上游流域及各分区各历时降水发生率随降水历时增加呈指数递减趋势,贡献率先增加后降低,以短历时降水为主;②长江上游短历时(1 d和2 d)降水贡献率发生突变的时间在1976年,长历时(6 d和10 d)降水发生率发生突变的时间为1984年,贡献率发生突变的时间为1999年;③长江上游短历时降水集中出现的次数增加,降水强度增大,降水量占总降水量的比例较大,而长历时降水出现频次降低,降水量占总降水量比例下降,其中岷沱江流域、大渡河流域、长江干流区间通过了显著性检验。

基于遥感技术的柘林水库库容曲线复核

针对库容曲线校核时传统方法费时、费力、成本高等问题,以柘林水库为例,利用基于遥感技术的水体信息提取方法,采用71幅Landsat卫星遥感影像图,提取了库区内的水体面积,结合影像成像时间对应的实测水库水位值,根据统计原理拟合了水库死水位至正常蓄水位范围内的水位—面积曲线,据此推算了其水位—库容曲线。而后从遥感影像所用图幅、水体面积量算、曲线配准、水位值的准确度、影像分辨率大小等方面论证了新库容曲线的精度。分析1979—2016年的实测库水位,与原库容曲线相比,在52~65 m级水位下,新库容曲线库容平均比老曲线相应值大4.16%。经检验表明,获取的新曲线精度满足水库调度运行要求,可为柘林水电厂防洪、发电调度运行提供可靠的基础资料。基于遥感技术的水库库容曲线复核方法节约成本、快速高效、准确可靠,具有较大的推广应用前景。

虚拟流域环境中河道演变的整体自动建模及可视化分析

将三维虚拟仿真技术和科学计算可视化技术相结合应用于河道泥沙冲淤分布规律分析中,提出了基于虚拟现实技术的泥沙冲淤过程三维可视化技术框架并构建了相应系统。提出并研究了河道边界自动识别、河道演变过程数据模型的自适应生成、动态河道与大范围场景的无缝嵌套建模、多层细节层次与无缝拼接、时空过程可视化与控制显示模式、动态河道的交互、基于局部插值的断面提取等系统中使用的关键技术。以三峡坝区河道为例,研发了三峡坝区河道演变时空过程可视化表达系统,证明了提出方法的实用性和可行性。