Characteristics and influencing factors of greenhouse gas emissions from reservoirs in the Yellow River Basin:A Meta-analysis

Reservoir construction and operation profoundly alter the hydrological,hydrodynamic,and carbon and nitrogen cycling processes of rivers.However,current research still lacks a systematic understanding of the characteristics of greenhouse gas(GHG)emissions from reservoirs in arid/semi-arid regions.This study integrates existing monitoring data to discuss the characteristics of GHG emissions from reservoirs in the Yellow River Basin and illustrate the controlling factors and underlying mechanism of these processes.The results indicate that while CO_(2) emission flux from reservoirs is lower than that from river channels,the emission fluxes of CH_(4) and N_(2)O are 1.9 times and 10 times those from rivers,respectively,indicating that the emission of GHG with stronger radiative effect is significantly enhanced in reservoirs.Compared to the reservoirs in humid climates(e.g.,the Three Gorges Reservoir),reservoirs in the Yellow River Basin exhibit relatively lower emissions of CO_(2) and CH_4 due to lower organic matter concentrations,but significantly higher N_(2)O emissions due to higher nitrogen loads.Monte Carlo simulations for 237 reservoirs in the Yellow River Basin showed that total emission of the three GHGs is 3.05 Tg CO_(2)-eq yr^(-1),accounting for 0.39% of the total emission from global reservoirs and lower than the area percentage of the basin(0.53%).This study has important implications on revealing the GHG emission characteristics and control mechanisms of reservoirs in arid/semi-arid regions.

龙羊峡水库后汛期入库径流特征及可蓄水量分析

以1956—2022年唐乃亥水文站实测水文数据为基础,采用数理统计方法,重点分析黄河源区后汛期径流特征,并结合龙羊峡水库满负荷发电流量,对龙羊峡水库在后汛期可蓄水量进行不同情景的分析讨论。研究表明:1)唐乃亥水文站后汛期径流量年际变化较大,丰枯不均,以正常偏枯为主,多年平均后汛期径流量占汛期径流量的29.1%;2)唐乃亥水文站后汛期日平均流量在1000 m^(3)/s以上的径流量平均为8.96亿m^(3),年际变化极大,以1000 m^(3)/s发电流量运用,龙羊峡水库蓄至正常蓄水位的保证率仅为10%,多数年份汛期结束后水位无法达到正常蓄水位2600 m。建议根据后期来水,适时调整进入后汛期的时机,优化和调整龙羊峡水库年度调度方案,为高效合理利用黄河源区后汛期水资源奠定基础。

小浪底水库运行下花园口河段黄河鲤生态流量研究

【目的】大坝和水库等水利工程的修建在带来防洪减灾效益的同时,也给所在区域的水生生物栖息繁衍带来了一定影响,诊断关键水生生物的生态流量对大坝下游的生态环境修复工作具有重要意义。【方法】以黄河下游花园口河段为例,探讨了小浪底水库运行下不同流量情景下的黄河鲤栖息地质量情况,并由此推求黄河鲤的生态流量。基于栖息地模拟法,通过构建耦合栖息地适宜度模型的二维水动力模型,分析了黄河鲤鱼苗期、亲鱼期的栖息地适宜度指数空间分布,分别建立了黄河鲤两个生命阶段流量与栖息地加权可用面积关系曲线。【结果】结果表明:随着模拟流量的增大,黄河鲤不同生命阶段的栖息地适宜度指数空间分布及栖息地加权可用面积呈现先增加,达到峰值后逐渐减小的变化规律。【结论】黄河下游花园口河段的最小生态流量为1 150 m~3/s,适宜生态流量为1 450 m~3/s,最适宜生态流量为3 000 m~3/s,研究成果加深了对大流量情景下黄河鲤栖息地质量的认识,对黄河下游生态保护与修复具有重要意义。

黄河中下游水资源多目标利益对古贤水库运行的响应

为量化未来古贤水库参与黄河中下游梯级水库群联合运行对供水、发电、调水调沙、生态多目标关键利益及非关键利益的影响,设置2030水平年有古贤水库及无古贤水库两种情景,基于梯级水库群多目标协同优化调度理论构建黄河中下游梯级水库群多目标协同优化调度模型,通过求解模型分析了径流减少及未来综合需水增加的背景下,黄河中下游多目标利益对古贤水库参与联合运行的响应关系。结果表明:与无古贤水库情景相比,有古贤水库情景下水库群调度系统总协同度略微增加,供水与发电子系统有序度有所增加,农业关键期、非关键期多年平均缺水量减少,水库群多年平均发电量增加;除调沙频率略微下降外,有古贤水库情景下输沙、生态目标关键利益及非关键利益均有所提升。

龙羊峡和刘家峡梯级水库生态流量核定与保障

针对建设时间早、没有设置生态流量的梯级水库,提出生态流量核定方法:根据有关规范对生态流量的要求、水库主要影响河段已批复的流量控制指标和水库已有调度任务下泄需求得到生态流量初值,通过梯级水库调度模拟模型和历史长系列实测出库径流过程分析水库对生态流量的保障能力,提出生态流量推荐值。以黄河上游龙羊峡水库和刘家峡水库为研究对象核定生态流量,结果显示:龙羊峡水库生态流量5—6月为400 m^(3)/s、其他时段为200 m^(3)/s,刘家峡水库生态流量为285 m^(3)/s,长期保证率均不低于90%。龙羊峡水库和刘家峡水库对生态流量均有较好的保障能力,但是极端枯水条件下龙羊峡水库敏感期生态流量保障仍面临风险。

基于长时序稠密遥感数据分析黄河流域大中型湖库水域面积动态变化特征

黄河流域在我国经济社会发展和生态安全中具有重要地位。但从全流域的角度,基于长时序稠密遥感数据对黄河流域大中型湖库开展的研究却较少。本文基于MODIS 8天合成数据,提取了2000—2020年黄河流域大中型湖库长时序的水域信息,分析其时空变化特征,结果表明:从月际变化看,3—5月为水域面积第一个快速增长时期,6—10月为第二个增长时期,在10月达到最大值,10月之后逐渐下降,至次年2月达到最小值;从年际变化看,近20年上、中、下游湖库水域面积均呈现增长趋势,其中上游地区对全流域面积增长的贡献度最大,中游次之;湖库水域空间分布不均衡,上、中、下游近20年湖库水域面积平均占比分别为69.27%、25.02%、5.72%。

黄河流域梯级水库大坝风险评估与管控的战略思考

梯级水库群的安全是保障黄河长治久安、促进全流域高质量发展的客观要求。针对梯级水库风险格外复杂、难以量化的问题,基于系统风险识别与分析,将梯级水库大坝风险分为自身风险和附加风险,将溃坝风险后果分为直接后果和潜在后果,建立了梯级水库与单个水库大坝风险计算方法的有效衔接。以连溃条件概率量化风险的传递和叠加程度,提出了用于梯级水库大坝风险概率计算和溃坝风险后果评估的相关理念和方法。针对不同梯级水库类别并结合“四预”措施,分别从降低风险概率和减小风险后果层面指明了梯级水库大坝风险管控的方向,可为黄河流域梯级水库群规划、建设和运行管理提供参考。

黄河水沙调控多目标协同模型构建及应用

为促进黄河流域行洪输沙-生态环境-社会经济三大子系统多维功能协同发挥,提出黄河水沙调控多目标协同总体架构。基于系统整体耦合协调度构建黄河水沙调控多目标协同模型,实现了不同来水来沙与工程组合情景下黄河水沙调控目标函数与约束条件灵活选择及权重系数适应性调整。以黄河中游三门峡-小浪底水库群为例,开展丰平枯典型年水沙优化调控。结果表明:排沙与发电目标间存在强竞争关系,生态和发电目标间存在弱竞争关系;系统整体耦合协调度最高的方案均能达到各目标优质协调,并倾向于发挥更大发电效益。模型应用结果启发管理者在实际调度中适当提升发电量,并在枯水年注意增加生态供水。研究成果可为黄河水沙多目标优化调控实践提供科技支撑。

黄河龙羊峡至刘家峡区间主要梯级水库洪水调度研究

目前黄河上游防洪任务主要通过龙羊峡、刘家峡水库联合调度完成,随着龙羊峡、刘家峡水库按设计汛限水位运用,兼顾黄河上游中小洪水的防洪能力相应减弱。通过挖掘龙羊峡至刘家峡区间拉西瓦、李家峡、公伯峡、积石峡主要梯级水库的防洪潜力,将区间梯级水库纳入黄河上游防洪统一调度,可有效缓解黄河上游防洪压力。经研究,梯级水库参与防洪调度后,不同方案可将现状龙羊峡、刘家峡两库兼顾水库下游河道防洪安全的10 a一遇控制下泄流量由3 700 m^(3)/s减小至3 200~3 500 m^(3)/s。梯级水库参与防洪调度后,使刘家峡水库下泄流量更为均匀,梯级水库大流量下泄时长增加,从而减小了发电弃水概率,增加了梯级电站发电量。

龙羊峡水库水温结构演变及其对下游河道水温影响

多年调节水库由于年际运行过程的差异引起水库水温结构变化,探明其规律及对下游河道水温响应具有重要意义。以黄河龙羊峡水库为研究对象,利用水库蓄水后的1988～2008年运行过程及水温观测资料,分析了水库运行方式与水温结构变化关系,探讨了水库不同运用过程对下游河道水温的影响。研究结果表明:龙羊峡水库水温结构演变及其对下游河道水温影响程度与水库运用过程密切相关。12～3月,水温结构为弱分层或等温分布,较高水位的蓄热增温效应明显,下游河道水温与水库水位变化具有同相位关系;5～10月,水温结构为分层分布,水位是决定分层形态变化最主要因素,下游河道水温与水库水位变化具有反相位关系,同时,水位与河道水温在不同的出入库水量条件下,呈现不同的线性相关关系。11月和4月,水温结构近乎为等温状态,也是水温结构变化的转折点。研究成果为分析大型水库在不同运行条件下水温结构及下游河道水温提供一定的参考依据。

近期黄河上游气候变化对龙羊峡入库水量的影响

根据1956年以来气候资料,统计分析了黄河上游龙羊峡以上地区气温、降水分布规律及变化特点,并以各站气温、降水与唐乃亥站天然径流量关系为基础,建立天然径流量计算公式,计算分析了唐乃亥以上地区20世纪90年代(近期)以来气候变化对龙羊峡入库径流量的影响,以及唐乃亥站径流量对气候变化的敏感性.结果表明:①近期唐乃亥以上各区年平均气温均较常年平均偏高0.5℃左右,而比前期升温达0.7～0.8℃;降水量不仅较多年均值偏少,更比前期显著减少,其中玛曲一带最大减幅达15.8%;②平均天然年径流量与前期相比,近期减少了43.7亿m3,表明气候变化所引起的减幅达20.2%;③龙羊峡入库径流量对降水变化的响应要比气温更为显著.

基于GIS的黄河上游龙羊峡库区生态环境遥感监测研究

本项研究以黄河上游生态环境严重退化的龙羊峡库区为研究区 ,应用遥感与GIS一体化的方法 ,建立了库区生态环境动态监测信息系统。在系统的支持下 ,利用多时相、多波段TM遥感数据 ,对库区近十年来生态环境变化进行监测分析 ,揭示了库区土地沙漠化、水土流失、土地利用 /土地覆盖的现状 ,以及建库近十年来生态环境时空演化的过程与发展趋势 ,为库区生态环境治理提供科学依据。本项研究利用遥感和GIS技术 ,采用生态环境综合分类系统 ,在一次分类处理中通过多层次不同级别的组合获得了基于同一信息源的土地沙漠化、草场盖度、土地利用 /土地覆盖等多种环境类型信息 ,并利用环境信息模型对库区的土壤侵蚀进行了评价。基于GIS的分类后再处理使遥感分类精度有了一定程度的提高。研究表明 ,在GIS的支持下充分利用遥感信息监测与评价生态环境 。

龙羊峡水库蓄水对水温的净影响

分析水库蓄水对水温的影响对于研究水库气候效应,探讨水库建设对水生生物和下游农作物灌溉的影响具有重要意义。本文建立了计算分层型水库对水温净影响的数学模型,并利用龙羊峡水库和下游河道实测水温和气温成果,在深入分析了龙羊峡水库水温类型和水温铅直分布规律的基础上,采用该模型计算了龙羊峡水库蓄水对坝前和下游河道水温的净影响。与传统的差值法相比,该模型引入了基于气温与水温相关关系的修正因子,扣除了自然因素引起的水温背景值的变化,可以获得更为准确的计算结果。

青藏高原东部龙羊峡水库气候效应的变化趋势分析

以青海省境内黄河干流龙羊峡水库为例,应用基于气象要素分析水库气候效应的数学模型,计算了水库蓄水后对局地气候的净影响,深入探讨了气候效应随时间的变化趋势。结果表明,龙羊峡水库蓄水以来,对局地气候有明显影响,环境风险度有较大提高,且水库对不同的气象要素的影响随蓄水时间的增加呈现不同趋势。

龙刘水库联合运用对黄河上游径流量变化的影响

为分析龙刘水库联合运用对黄河上游径流变化的影响,选取黄河上游八个水文站1950-2009年径流资料,根据水量平衡原理还原水库运用后径流序列,采用Mann-Kendall趋势分析法、突变检验法及小波分析法,分析了龙刘水库运用前后兰州站与下河沿站实测与还原年径流量的变化特征。结果表明,实测与还原序列都存在显著的下降趋势,实测序列突变年份为1987年,还原序列为1990年;实测序列与还原序列都存在3-5、6-9、14-17、23-27年四类周期变化尺度,兰州站与下河沿站实测径流序列的主周期都依次为25、16、8和4年,兰州站还原序列主周期依次为23、8、4年,下河沿站还原序列主周期依次为24、4、8年。说明龙刘水库的联合运用加剧了径流序列下降的趋势,有促使序列突变提前的可能性,且对径流序列的周期变化产生了一定的影响。

龙羊峡水库兼顾中下游供水运用初步研究

借助于“黄河流域水资源模拟模型”,采用长系列模拟方法计算了龙羊峡水库兼顾中下游供水的效益。初步研究表明,龙羊峡水库可以在一定程度上兼顾中下游用水,特别是在枯水年能够有效减少干流缺水,虽然这是以上游梯级发电效益减少为代价,但代价甚微。

龙刘水库运用方式调整对宁蒙河道冲淤的影响

对安宁渡断面的来水来沙量进行了分析，根据拟定的龙羊峡、刘家峡水库调整运用方案，分别采用泥沙数学模型和BP神经网络计算了各方案河道泥沙冲淤量及典型断面的平滩流量。结果表明：①从宁蒙河道冲淤情况来说，各调整方案均有减淤作用，且随着汛期下泄水量的增大，河道减淤量也增大；②仅仅改变水库的运用方式，支流来沙不能得到有效控制，宁蒙河段仍会持续淤积；③通过综合比选，汛期增泄15亿~25亿m3的方案可作为现阶段调整龙羊峡、刘家峡水库运用方式的试验方案。

黄河上游水库调节对宁蒙河段防凌的影响

分析了龙羊峡、刘家峡水库联合运用对宁蒙河段防凌的影响。结果表明:水库的联合运用使宁蒙河段凌期流量过程趋于均匀;水电站泄流的热传导作用使头道拐断面以上河段11月和3月的水温升高了0.1～1.7℃;水动力作用和热力的影响使巴彦高勒以上河段流凌时间推迟13～15 d,河段首封日期推迟了7 d,主要断面封冻天数减小了8～33 d,开河日期提前了15 d,开河历时延长了7 d;"文开河"所占比例由无库时的30%增加到70%以上,凌峰流量减小,冰凌灾害得以减轻。

应对干旱的黄河梯级水库群水量调度规则研究

梯级水库群联合优化调度是复杂流域应对干旱的重要手段。根据黄河流域干旱年份来水和用水的特点,构建应对干旱的黄河梯级水库群优化调度模型,以节点供水权重和水库蓄泄过程为决策变量,通过长序列模拟与优化相结合计算,分析典型干旱年份水库群调度与缺水变化的响应关系,提出不同来水、旱情需水条件下应对干旱的黄河梯级水库群水量调度规则,为流域抗旱减灾体系建设和水量调度工作提供技术支撑。

“一高一低”科学调度与小浪底水库及下游河道冲刷效果

2018—2020年黄河流域连续丰水,上游龙羊峡水库建库32 a来首次蓄至正常蓄水位,有效存蓄了水资源。小浪底水库汛期采用低水位运行和大流量下泄,使得库区泥沙冲刷和淤积形态调整,恢复了部分拦沙库容,首次实现年际间库容回升,延长了水库使用寿命,并使黄河下游山东河段河槽刷深,卡口河段过洪能力得到提高。