1987—2022年新安江水库(千岛湖)水面面积时空变化及其与水位、蓄水量的响应关系

水面面积、水位、蓄水量是水库水资源管理的重要基础数据,遥感是湖库水体提取、水位和蓄水量估算的重要技术手段。由于不同水体提取方法的适用性差异、测高卫星数据的有限时间覆盖度和开源数据集的时空分辨率不足等原因,湖库水面面积、水位、蓄水量的长时序、高频率时空变化监测仍存在一定挑战。本研究以新安江水库为研究区,结合多源遥感、气象、水文和土地利用等数据,基于Google Earth Engine云平台,运用水体指数法,分析1987—2022年新安江水库水面面积时空变化特征,构建水位—水面面积、水位—蓄水量和水面面积—蓄水量响应关系,探究水面面积时空变化成因。结果表明:(1)Landsat 5、Landsat 8和哨兵2号数据的最佳水体提取指数分别为AWEIsh和GNDWI,F1-score分别为91.93%、91.03%和93.14%。相比于开放数据集GSWED(32.61%)、JRC GSW(76.17%)和ReaLSAT(69.76%),基于最优水体指数的水体提取结果具有最高的F1-score(91.26%);(2)时间上,1987—2022年新安江水库水面面积呈显著上升趋势(R^(2)=0.20,P=0.01),总体增长速率为0.96 km^(2)/a;空间上,永久性水体(淹没频率大于75%)面积占比为73.44%,主要分布在湖心等水体开阔区域;季节性水体(淹没频率>25%且≤75%)面积占比为10.17%,主要分布在湖汊区域;(3)三次多项式函数可以较好地模拟新安江水库水位—水面面积、水位—蓄水量和水面面积—蓄水量的响应关系;(4)千岛湖流域上游降水和人类活动导致的土地利用变化是影响新安江水库水面面积动态变化的主要因素。

1960—2020年千岛湖流域蒸散发演变特征及驱动因素解析

为探究淡水湖库及其所属流域蒸散发演变特征,以及气象因子对蒸散发的影响规律。以长三角地区最大的淡水人工湖和重要的水源地--千岛湖为研究对象,采用Penman-Monteith等方法与WEP-L分布式水文模型,分别计算千岛湖流域1960-2020年潜在蒸散发(ET_(0))与实际蒸散发(ET_(a)),分析二者年际变化趋势及突变年份;采用偏微分方法分析气象因子对ET_(0)的敏感性和贡献度;采用归因分析法分析突变前后气象因子对ET_(a)变化的贡献度,并利用蒸发表面水分指数(EM_(1))解析流域蒸发互补关系。结果表明:ET_(0)与ET_(a)多年平均值分别为1021.7和857.5 mm,整体皆呈减少趋势,倾向率分别为-0.77和-1.03 mm/a,二者均在1980和2000年左右发生突变;ET_(0)对相对湿度变化最为敏感,ET_(0)增加的月份主要是由于相对湿度、平均气温的正贡献,风速呈负贡献但相对较小,ET_(0)减少的月份主要是由于日照时数和风速的负贡献,平均气温呈正贡献但相对较小;ET_(a)空间分布呈现东高西低格局,驱动因素按贡献率大小为相对湿度>风速>日照时数>气温;流域整体存在“蒸发悖论”现象,日照时数和风速的减小是引起ET_(0)近年来下降的主要原因;EM1愈趋近于1时,反映流域ET_(0)和ET_(a)取值愈加接近,蒸散发互补理论在千岛湖流域适用。

基于改进的熵权-TOPSIS法的震损水库最佳除险加固方案选择

为给震损水库制定科学合理的除险加固方案,以树家湾水库为例,分析了该震损水库在"5·12"地震震前和震后的病害情况,确定了4种水库除险加固方案,运用熵权法及改进的TOPSIS(TOPSIS法与灰色关联理论结合)分别求出指标权重并对其综合,得出该震损水库各指标的综合权重,进而利用改进的TOPSIS求出各方案的相对贴近度,确定了最佳的水库除险加固方案。

基于气象水文耦合的水库实时洪水预报方法

以水库实时洪水预报为研究对象,针对中小流域预见期短,流域天然预见期难以满足水利工程生产要求的问题,研究水库实时洪水预报方法,构建基于气象水文耦合的水库实时洪水预报模型。首先,采用短时临近外推技术及STMAS-WAF中尺度天气模式,建立24 h降水预报模型;然后将气象预报成果耦合至水文预报,实现气象水文的时空尺度匹配;最后建立基于来水预报成果反馈的降水预报修正方法,根据前期规律滚动修正未来24 h降水预报成果,将修正后的降水预报输入水文模型,实时预测水库来水,使水文模型从源头上实现准确输入,实现高精度长预见期的水库实时洪水预报,解决了传统水文模型预见期不足的问题。以新安江水库为例开展了模型的实例研究,编制新安江水库气象水文耦合预报方案,进行水库实时洪水预报,并探讨不同降雨输入形式对预报精度的影响,研究结果表明:基于气象水文耦合的水库实时洪水预报方法考虑了气象水文的双向反馈,将新安江水库实时洪水预报预见期从6 h左右提升至18 h,确保18 h预见期内预报精度在80%以上。与不考虑降水预报及使用未修正降水预报的2种传统方法的有效预见期相比,新方法的有效预见期分别提升了200%和29%,有效延长了水库实时洪水预报预见期,提高了洪水预报服务能力,给水库实时洪水预报提供了一种行之有效的方法。

基于逻辑回归模型的流量计算方法优选

在推求水位流量关系时,不同水流状况适用的计算方法往往不同。为自动优选流量计算方法,以新安江水库库区街口水文站为研究对象,提出了基于逻辑回归模型的流量计算方法优选模型。分别采用二线能坡法和落差指数法进行流量计算,借用逻辑回归模型的大数据分析,依据实时水流状况进行流量计算结果优选,并根据率定结果自我学习,不断优化参数,提升优选准确率。结果表明:新安江水库库区回流状况的准确判定对流量计算结果精度影响较大,模型能够依据实时的上下游水位差、代表线流速等水流状况判断当前水流是否出现回流,从而智能优选流量计算方法。该方法推流结果合理,精度高于单一算法。

大渡河猴子岩水库入库洪水过程预报-实时校正-概率预报集成

与传统确定性预报相比,洪水概率预报能够为防洪调度决策提供更为丰富的信息。以大渡河猴子岩水库以上流域为研究区,建立新安江次洪模型,并采用动态系统响应曲线进行实时洪水预报校正。在确定性预报校正基础上,建立基于水文不确定性处理器(HUP)的次洪概率预报模型,定量分析预报不确定性,实现入库洪水概率预报。结果表明:①利用猴子岩流域20092019年水文气象资料,建立的新安江次洪模型整体精度较高,率定期和验证期的洪量和洪峰相对误差均在±20%以内,平均确定性系数分别为0.69和0.72;经动态系统响应曲线校正后,洪峰和洪量误差均有降低,率定期和验证期的确定性系数分别提高0.13和0.09。②以2020年3场洪水未来48 h预报降雨为输入,新安江模型预报精度不高,且随着预见期增长而降低,但经动态系统响应曲线校正后,整体预报精度有所提高,洪量相对误差减小幅度超50%,确定性系数提高幅度超60%。③HUP次洪概率预报模型提供的分布函数中位数Q50的预报精度在一定程度上优于校正后的确定性预报;提供的90%置信区间覆盖率均在90%左右,离散度均在0.40以下,能以相对较窄的区间覆盖大部分实测值,具有较高的可靠度。

构造作用约束下的川中龙女寺地区茅口组白云岩储层成因分析

过去半个多世纪以来,中二叠统茅口组一直是四川盆地天然气的主力产层之一,近年来以白云岩储层为目标,掀起了新的勘探高潮。然而,在储层成因的认识上,目前还缺乏针对各类储集空间的形成机制的系统研究,制约了下一步的滚动勘探。为此,以阐明川中龙女寺地区茅口组二段白云岩储层特征及成因为主要目标,依据地表露头、钻井、测井和地震解释等资料,从构造作用约束的角度出发,开展了储层形成机制的研究。结果表明:①茅口组白云岩储层岩性主要为细—中晶白云岩,由滩相颗粒灰岩经白云石化形成;②储集空间类型主要为热液冲击破裂孔洞和非选择性溶蚀孔洞,构造裂缝和溶缝作为次要的储集空间类型在热液运移和提高储层渗流方面起到了重要作用。③海西期峨眉地裂运动和勉略洋北向俯冲所控制的基底断裂活动诱发了中二叠世晚期川北台盆的形成,并控制了台盆边缘滩相颗粒灰岩的分布;④在较高的古地温梯度、残余的海源流体和随断裂运移的热液流体所提供的丰富的镁离子的作用下,滩相颗粒灰岩被广泛白云石化;⑤海西期的断裂—裂缝—热液活动以及印支期的断裂—裂缝活动控制了区内茅口组白云岩储层各类储集空间的形成;⑥构造作用是川中地区茅口组白云岩储层形成的主要控制机制,下一步滚动勘探应当重视断裂集中分布区域。

新安江模型与水箱模型在马家沟水库洪水预报的适用性研究

洪水预报是重要的非工程防洪措施之一,是防洪指挥决策的主要依据。为避免单一模型预报结果的不确定性,以城固县马家沟水库为对象,应用新安江模型和水箱模型分别模拟了2019—2021年流域日径流和次洪水过程,并结合遗传算法率定优化的模型参数比较了模拟结果与精度。日模方面,水箱模型的模拟效果更优,洪量相对误差小于16%,洪峰相对误差小于4%,峰现时差小于1 h,Nash-Sutcliffe效率系数大于0.58,均达到了《水文情报预报规范》的评定精度要求,且对于水库大洪水的模拟效果也较为理想。次模方面,2个模型的峰现时差表现相当,新安江模型的模拟效果更平滑,水箱模型的洪量和洪峰模拟更贴近实测流量过程。整体来看,水箱模型比新安江模型更适合马家沟水库的洪水预报。

1960年以来赣江流域生态径流变异机制及生态效应研究

【目的】在全球变化背景下,科学理解流域生态径流变异机制,对优化水资源调控方案和提高抗旱减灾效果至关重要。【方法】基于赣江流域上、中、下游3个水文站1960—2018年时间序列不等的逐日径流量,结合流量过程线计算的生态赤字与生态剩余指标,研究分析了赣江流域的生态径流的变异特征。在此基础上,通过计算标准化降水蒸发系数(SPEI)与生物多样性指数(SI)及其与生态径流指标的拟合关系,探讨了赣江流域生态径流变化的驱动机制和生态响应。【结果】研究显示:(1)赣江流域上、中、下游之间生态适宜流量差异显著,同一站点在不同月份间的生态适宜流量也极为悬殊。(2)从上游到下游生态赤字变异程度逐渐减小,生态剩余略有增大;各站点生态赤字在较低水平上呈现“高-低-高”的年代际波动特征,生态剩余的整体变化规律则相反。(3)生态剩余与SPEI呈正相关关系,而生态赤字与SPEI呈负相关关系;万安水库修建前后,枯水期与丰水期的赣江中下游生态剩余指标有所提升,平水期生态剩余出现下降。(4)SI与河流生态剩余之间以线性正相关关系为主,而SI与河流生态赤字之间表现为指数负相关关系;各站点SI在1985年之前呈现小波动下降趋势,之后波动幅度明显增大。【结论】结果表明:赣江流域近60 a生态径流变化受气候与人类活动影响,气候干湿状况是引起河流生态剩余和生态赤字变化的关键因素,干流水库建设对提升下游河道生态剩余作用明显,河流生物多样性与生态径流变化关系密切。研究结果可为提升赣江流域生态径流变异机制认识、水资源调控措施和水生态建设理论提供科学依据。

新安江水库夏季CDOM吸收光谱特征及来源分析

为探讨夏季新安江水库有色可溶性有机物(CDOM)吸收光谱特征、空间分布及潜在来源,于2013年7月份在新安江水库采集了53个表层水样,分析了CDOM吸收系数a(350)、比吸收系数a*(350)和光谱斜率S值的空间分布规律及CDOM吸收系数与水质参数的相关关系.结果表明:通过系统聚类分析,夏季新安江水库CDOM吸收系数空间分布可划为3类,吸收系数大小呈现出A类区(西北河流区)>B类区(库心区及东北库区)>C类区(西南库区及东南库区)的规律,空间分布与CDOM比吸收系数相似而与S值相异.CDOM吸收系数a(350)与叶绿素a(Chla)浓度、浮游植物吸收系数及悬浮物浓度存在极显著性正线性相关,表明夏季新安江水库CDOM主要来源于浮游植物新陈代谢及降解产物.

夏季新安江水库(千岛湖)颗粒物吸收光谱特征分析

通过对2013年夏季新安江水库（千岛湖）53个站点悬浮颗粒物的吸收光谱进行研究,系统分析了总颗粒物吸收系数ap（λ）、非藻类颗粒物吸收系数ad（λ）和浮游藻类光谱吸收系数aph（λ）的变化规律以及影响因素.结果表明：总颗粒物吸收除西北河流区上游段外,其他各站点均呈现出明显的浮游藻类吸收特性,反映新安江水库总颗粒物中浮游藻类贡献较高.全库ap（440）在0.068 ～0.629 m-1之间变化,西北河流区总颗粒物吸收系数显著大于其他水域,而湖泊区与西南河流区则显著小于其他水域.非藻类颗粒物吸收光谱随着波长增加大致呈现出指数函数衰减的规律,其光谱斜率Sd均值为8.52±1.62μm-1,存在显著的空间差异,但整体偏低,与新安江水库无机颗粒物含量低有关.ad （440）与浮游藻类色素浓度存在显著的线性相关,表明夏季新安江水库非藻类颗粒物可能主要来源于浮游藻类降解.浮游藻类的光谱吸收在440和675 nm附近有明显的吸收峰.aph（440）和aph（675）存在显著的空间差异,其与浮游藻类色素浓度存在极显著的正线性关系,而与总悬浮颗粒物浓度相关性较弱.

应用Logistic曲线预测水库垂向水温

针对分层水库垂向水温分布,提出一种估算水温的新方法——Logistic曲线法。利用新安江水库为期1a的原型观测资料,采用SPSS软件率定并优选模型参数,结果表明拟合精度较高。在此基础上,利用收集到的其他水库实测资料验证了模型的适用性,发现该模型对不同类型(混合型、稳定分层型)、不同时期(升温期、稳定分层期)的水库垂向水温分布有较好的拟合效果。此外,探讨了该模型应用于预测水库水温时的模型参数确定方法及步骤。

新安江模型在富水水库流域洪水预报中的应用

基于富水水库流域特性,采用新安江三水源模型建立了富水水库流域洪水预报模型和方案,论证了产流方式,分析了水库流域洪水预报特殊性,并率定了模型参数。实例结果表明,该模型预报效果较好、精度高、合理可行,可供借鉴。

基于API模型与新安江模型的察尔森水库洪水预报

察尔森水库承担着兴安盟地区的防洪、灌溉和供水等任务,其洪水预报具有重要的研究意义。考虑到下垫面条件和降雨分布特征的影响,单一模型或同组参数在该地区很难取得理想的洪水模拟效果,尝试引入分单元新安江模型与API模型分别对察尔森水库洪水进行预报,并分析总结两模型在该地区的适用性。结果表明:两种模型预报结果都较好,且对于大暴雨洪水预报效果更理想;当前期土壤湿润时,分单元新安江模型预报效果更好;当前期土壤干旱、降雨强度较大时,API模型预报效果优于分单元新安江模型。实际作业时根据需要选择模型进行预报,有利于察尔森水库合理调度,提高水库经济效益。

基于预报偏差的新安江水库短期优化调度模型研究

新安江水库作为多年调节水库有较大的调洪库容,在保证防洪安全前提下短期洪水调度追求发电效益最佳为调度的目标函数,从而有效地实现了洪水资源化。在分析新安江水库洪水预报误差前提下,利用随机动态规划法求解水库短期优化调度问题。计算表明,在考虑短期洪水预报偏差条件下调度的结果更加合理。

古地貌与不整合动态结合预测风化壳岩溶储集层分布——以四川盆地乐山—龙女寺古隆起灯影组为例

基于对不整合类型、分布的研究,结合震旦系灯影组沉积末期古隆起构造形态恢复,揭示四川盆地乐山—龙女寺古隆起寒武纪与震旦纪沉积间断期岩溶古地貌和岩溶水动力场的演变,以动态、有效地预测灯影组风化壳岩溶储集层。古构造恢复显示,寒武系与震旦系沉积间断期,威远—仁寿一线以西凸起构造持续发育,形成同向削蚀-超覆型不整合;而以东古构造高部位则由资中—营山一线以东向其西发生迁移,形成反向削蚀-超覆不整合。在此基础上,分析古地貌变化导致的古岩溶水动力场变化,明确不同岩溶地貌的溶蚀方式和岩溶强度,认为合川—大足、蓬安—广安—安岳—内江和仁寿以北一带溶蚀强度较大,发育多套溶蚀层,岩溶储集层最为发育;大足—潼南—合川一带具较强的溶蚀强度,岩溶储集层较发育;威远—乐至—西充—仪陇以西南北两端具一定的溶蚀作用,岩溶储集层较发育,而中部溶蚀强度相对较弱,岩溶储集层发育相对较差。

新疆山区水库参与调度后平原水库废弃可行性分析

新疆山区水库参与调度后部分平原水库可不再承担原有任务,使平原水库废弃成为可能。以玛纳斯河灌区夹河子水库为例,对比分析夹河子水库废弃前后灌区种植业与水库群联合调度方案的变化,确定平原水库废弃的可行性及对灌区种植业与水库群联合调度等的影响。结果表明:夹河子水库废弃可以降低水库群年蒸发(980.9万~1 884.0万m^3)与渗漏(135.7万~878.2万m^3)损失;丰水年与平水年增加水库群弃水量(分别增加3 474.4万,1 360.1万m^3),枯水年减少弃水量(2 140.1万m^3);显著提高灌区种植业产值(30.8%~43.9%)与种植面积(17.4%~29.9%)。故山区水库参与调度后夹河子水库废弃可行,而新疆其他类似地区也可以有选择地废弃部分水深浅、库容小、安全状态差的平原水库。

新场致密气藏地质特征及合理压裂规模

对新场上沙溪庙组气藏加砂压裂增产效果统计分析发现 :①大多数气井压裂获得较好的增产效果 ,有少部分井压裂增产效果不理想 ,也有少数井无法完成设计的加砂量 ;②加砂量对压裂增产效果没有明显的相关关系 ,这与常规气藏压裂增产效果存在明显的差异。文章对新场上沙溪庙组气藏地质特征进行分析后得出 ,储层是在岩石普遍致密化之中存在的不同级别和不同规模的储渗体 ,它们被致密泥岩、砂泥岩所分割 ,并且是决定气井产能大小的关键因素。储渗体的封隔层具有非渗透和强度高的特点 ,能够阻止压裂裂缝的延伸 ,这是引起致密气藏压裂特殊性的原因。为了更经济高效地开发该气藏 ,文章研究分析了储渗体规模、压裂效果好的气井的试井成果与压裂施工参数间的关系 ,从而确定了气井合理加砂压裂规模和裂缝长度。

鄂尔多斯盆地上古生界碎屑岩相对高渗储集层成因及分布

鄂尔多斯盆地上古生界发育"粒间孔型石英砂岩"、"溶孔型石英砂岩"、"粒间孔—溶孔复合型长石砂岩"3类相对高渗储集层。结合鄂尔多斯盆地地质背景,分析了该地区上古生界3类相对高渗储集层的岩石结构、组分与物性等基本特征,详细探讨了沉积环境、成岩作用、构造活动对鄂尔多斯盆地上古生界各类相对高渗储集层形成的控制机理,并在此基础上,依据与物源的距离、沉积相类型及砂体分布、孔隙类型、颗粒成分及粒度粗细、杂基成分及含量、储集层最大埋深、后期构造运动等因素,对主力勘探层系山西组二段和下石盒子组八段进行了储集层优劣分级综合评价,认为受高石英含量母岩控制的沉积体系、辫状河高能沉积相带和强溶蚀、弱压实的有利成岩相带分布区是鄂尔多斯盆地上古生界碎屑岩相对高渗储集层的主要发育区域。

致密油藏多级压裂水平裂缝井不稳态产能分析

新疆准噶尔盆地克拉玛依油田吉木萨尔(JMSE)凹陷二叠系芦草沟组(P2l)是致密油储层主要层位。为提高单井产能,目前多采用多级分段压裂技术。以往对于水力压裂的研究多集中于压裂缝为垂直裂缝的情况,但目前已认识的垂直裂缝模型不能解释该区块实际资料,且通过理论及实验研究表明,由于天然裂缝方位与地应力的匹配关系,该区块在实际压裂过程中易产生水平裂缝。因此,目前的研究导致该储层在实施压裂生产而形成水平裂缝时缺乏理论指导。文中基于质量守恒定律,在同时考虑启动压力梯度、压力敏感性及有限导流压裂缝的情况下,建立了双孔单渗油藏中多级压裂水平裂缝井的无因次数学模型,采用隐式差分法和共轭梯度算法对无因次模型进行求解。通过数值模拟的方法依次研究了启动压力梯度、地层非均质系数、窜流系数、压力敏感系数、压裂缝导流能力、压裂缝条数对不稳态产能的影响。研究结果表明,裂缝参数及地层参数均对产能曲线有影响,故而在优选该类油藏的压裂方案时不仅要考虑裂缝参数,还要考虑到在地层压力降落时地层参数所带来的影响。