基于变动范围法(RVA)的信江水文改变及生态流量研究

选择信江下游梅港站1950~2010年日径流量,根据流域大型水库界牌枢纽运行时间将梅港站径流序列分为建库前（1953~2001）和建库后（2002~2010）两个时段。采用变动范围法（Range of Variability Approach,简称：RVA）分析水库运行对下游梅港站流域生态水文指标改变度,并分析了信江下游生态流量。研究表明：33个水文指标有22个发生中高度改变,11个指标发生低度改变,其水文综合改变度为0.51,属于中度改变;梅港站生态流量值均在RVA阈值内,基本能够保持河流稳定流量,但2月、7~9月及12月河道生态流量大于RVA下限。可适量增大水库下泄水量,降低对下游河段生态系统的威胁。

基于变动范围法的宜昌站水文情势影响分析

为分析长江上游水利工程建设后水库群的联合运行对中下游的径流及生态环境的影响,基于宜昌水文站1946~2013年的日流量资料,运用Mann-kendall法对历年日平均流量进行突变性分析,将水文资料划分为1946~1980、1981~2002、2003~2013年三个时段;并采用变动范围法研究了葛洲坝、三峡大坝运行后水库群对宜昌站生态水文指标的影响。结果表明,1981~2002年水库群对水文情势的影响程度较小;2003~2013年水文情势变化程度整体上属于中度改变,较大程度地影响了河流生态系统,需采取必要措施降低对生态系统的威胁。研究成果可为水资源管理和生态保护工作提供指导。

基于IHA-RVA法金沙江下游生态水文情势评价

为了定量评价长江上游鱼类保护区河流生态水文情势的变化,选取金沙江下游屏山水文站(1956—2012年)逐日流量数据,采用Mann-Kendall法、累积距平法和滑动T检验法进行流量特征分析,并应用生态水文指标变化范围法(RVA)以及水文改变度法,综合评价了长江上游鱼类保护区河段生态水文情势变化及其对河流生物多样性的影响。结果表明:(1)屏山站年均流量总体呈现微弱增长趋势,突变年份出现在1997年,表明1997年以来气候变化和人类活动尤其是水电开发对长江上游水文影响加剧;(2)金沙江下游屏山站的整体水文改变度为51%左右,属于中度改变,其中流量下降率和逆转次数受影响最为明显;(3)水电工程建设一定程度上改变了长江上游河流生态水文情势,导致了长江上游鱼类数量减少。研究成果能够为长江上游河流生态保护以及开展水库生态调度提供参考。

基于IHA-RVA法四水流域水文情势变化评估

为了分析湘江、资江、沅水、澧水流域的水文情势变化情况,选取了湘潭、桃江、桃源和石门4个代表性水文站1959 2016年历史流量资料,应用Mann-Kendall法、累积距平法检验以及滑动T检验法分析湘、资、沅、澧四水的水文特征与水文突变点,并应用水文指标变动范围法(IHA-RVA)和水文改变度法综合评估了四水各站点突变前后水文指标改变程度。研究结果表明:(1) 1959-2016年四水流域的湘潭、桃江、桃源站年均流量均呈不同程度的增长趋势,石门站呈降低趋势;湘潭、桃江、桃源、石门站各水文站年均流量变化的突变年份分别为1991、1987、1989和1973年。(2)通过对水文突变前后各水系的水文情势的大小、频率、历时、发生时间和变化率5组水文指标以及变化程度分析,4个站点水文整体改变度分别为36%、22%、35%和42%,其中只有桃江站改变度为低度改变其余3站都处于中度改变。该研究成果可为四水流域水文情势影响评价以及流域水生生态安全提供技术支撑。

宜昌站1900～2004年生态水文特征变化

基于宜昌站1900～2004年共105年的日径流量资料，分别采用Mann-Kendall法、Mann-Whitney法分析该站水文特征与变化。跳跃性检验表明，宜昌站年平均流量的跳跃点出现在1969年，置信度超过99％。宜昌站1970年前的平均流量是14375m^3／s，1970年后的平均流量是13438m^3／s，相差937m^3／s，相当于295．5m^3／a，流量减少主要集中在下半年（7～12月），以8～10月最为明显。以1970年为界，将宜昌站105年水文序列划分为“近自然状态河流”的1970年前和“人工干扰状态河流”的1970年后两个分析水文变动序列，基于Richter提出的生态水文变动指标体系，应用变动范围法，计算了长江中游的生态水文目标，分析了长江流域宜昌站的生态水文特征变化。结果表明，1970年以后，人类活动与自然变动对长江宜昌站生态水文特征的改变并不明显，仅在1月、11月平均流量上有中等程度的改变。

丹江口水库对汉江中下游水文情势的影响

以汉江中游的襄阳水文站1946—1995年日均流量资料为研究对象，采用变动范围分析（RVA）法分析了丹江口水库建库前后汉江中下游水文情势特征变化，定量评价了水文情势改变程度．结果表明，丹江口水库对汉江中下游河流水文改变程度为39％，属于中度改变．水文情势的改变，影响了水库下游重要生物资源的生态环境条件，破坏了河流生态系统完整性以及生物多样性，建议尽快改变现有水库调度模式，开展丹江口水库生态调度研究．

长江中游水文情势变化及对鱼类的影响分析

为分析三峡水库蓄水后长江中游河道水文情势变化情况及其对鱼类产卵繁殖的影响,采用水文变化指标体系和变动范围法,对宜昌站水文情势变化进行了定量分析,得出了变化程度较为剧烈的水文参数。通过对照典型鱼类的历史产卵量与历史流量过程,归纳了典型鱼类四大家鱼的生态水文需求,得出了影响鱼类产卵繁殖的主要水文参数。提出了水文情势变化影响鱼类产卵繁殖过程的概念性模型。在分析的基础上,揭示了长江中游水文情势变化对鱼类产卵繁殖的影响。

湄公河清盛站水文情势变化分析

以湄公河清盛水文站为例,采用Mann-Kendall统计检验方法和Pettitt突变检验方法分析了1960～2003年径流量的变化趋势和突变点,基于水文变化指标,采用变动范围法定量评价了清盛站水文情势的变化程度。结果表明,清盛站年均流量总体呈下降趋势,枯季平均流量呈上升趋势,汛期平均流量呈下降趋势;径流系列基本未发生突变;1992年前后出现显著变化的水文指标有河流枯季月均水量、年均最小流量与出现时间、低流量谷底数与平均持续时间及流量平均变化率与逆转次数;河流水文情势整体属中度变化。

三峡梯级水库对长江中下游水文情势影响研究

以梯级水库下游宜昌水文站1882-2006年流量资料为研究对象,采用Mann-Kendall法对宜昌站流量变化进行了趋势性分析,并采用复Morlet小波周期性分析,在此分析基础上采用变动范围法(RVA)分析葛洲坝水库蓄水前后宜昌站水文情势变化,定量评价了水文情势改变程度,随后对三峡水库蓄水前后宜昌站水文情势变化进行了分析。结果表明,葛洲坝水库对水文情势改变程度为29%,影响程度相对较小,而三峡水库蓄水后,在较大程度上改变了河流水文情势,水文情势改变必将影响到长江中下游河流水生生物生态安全。

丹江口水库对汉江中下游影响的生态学分析

基于黄家港水文站1954-2000年的日径流量资料，以1967年为节点，将47年水文序列划分为节点前的“近自然状态河流”和节点后的“人工干扰状态河流”两种水文情势。采用Richter提出的变动范围法，基于包含32个水文参数的水文改变指标体系，定量评估了黄家港水文站1967年前后水文情势的变化。根据分析，把1967年之前的各个水文参数的第1至第3四分位数间的数值范围设为管理目标。进一步分析了丹江口水库的修建对汉江中下游生态水文的影响。结果表明，1967年以后，丹江口水库的修建对汉江中下游水文情势的影响较为显著：极大地改变了径流的年内分配，使流量过程均化，使极值流量出现日期提前、历时缩短等等。在此基础上，结合汉江中下游河道生态系统的特点，以鱼类为指示生物，初步探讨了上述水文情势的变化对汉江中下游鱼类的生长、繁殖和越冬等带来的影响，并对如何降低不利影响提出了相应的改进措施。

渭河生态水文特征变化研究

随着河流开发利用程度的提高,河流的水文情势发生了很大的变化,生态系统受到威胁,保护和修复河流生态成为关注的焦点。本文在收集渭河林家村站、咸阳站和华县站长系列的实测日径流序列的基础上,采用滑动平均法和Mann-kendall检验法判断并检验年径流序列的变化趋势,采用有序聚类分析法、Pettitt法、秩和检验法和Mann-whitney检验法4种方法综合诊断并确定年径流序列的变异点。以跳跃显著的年份为界,将水文序列划分为变化前后两个水文变动序列,基于水文变异指标(IHA指标),应用变动范围法(RVA法),计算渭河中下游生态水文目标,研究生态水文特征的变异度。结果表明:渭河林家村站、咸阳站和华县站年平均流量均有显著下降趋势,最可能变异点分别为1990、1990和1993年,生态水文指标的整体改变度分别为70.61%,74.25%,73.05%,均为高度改变。研究结果可为渭河流域综合规划和生态治理提供科学合理的依据。

三峡水库对洞庭湖水文情势影响评估

为了评价三峡水库对洞庭湖湖区水文情势影响,选取洞庭湖湖区城陵矶、南咀、杨柳潭3个代表水文站1959年~2016年历史水位资料,应用Mann-Kendall法、累积距平法检验以及滑动T检验法分析洞庭湖湖区水文特征与变化趋势,并应用水文指标变动范围法和水文改变度法综合评估了三峡水库运行对洞庭湖水文指标改变程度。研究结果明,洞庭湖湖区城陵矶站和杨柳潭站年均水位呈现增长趋势,南咀水文站呈微弱减少趋势;突变年份出现在2003年,三峡水库蓄水后洞庭湖水文情势改变明显;3个站点水文整体改变度分别为56%、45%和50%,属于中度改变。

基于RVA的渭河中下游生态环境需水及其满足度研究

维持河流生态环境系统健康的关键在于满足河流生态环境需水。变动范围法(RVA)被广泛应用于河流水文情势的变化研究。提出了基于RVA阈值的生态环境需水计算方法。将该方法应用到渭河中下游林家村、咸阳和华县三个断面,得出三个断面的生态环境需水分别为5.295亿m3、11.274亿m3和23.908亿m3。与三个断面以往的研究结果相比,该方法具有一定的适用性。通过分析三个断面不同时期的生态需水满足度,得出三个断面的生态需水满足度最小值出现时间集中于汛期的5月、6月、8月和9月。因而在进行水资源配置时,应注意汛期的生态环境需水调度。

水电站运行影响下红水河下游水文情势分析

针对大型水电站建成运行对红水河下游径流的影响,基于红水河下游迁江水文站1952年~2014年的实测的日径流资料,采用线性倾向估计法分析径流量的年变化特征,Mann-Kendall统计检验法分析年径流量趋势变化的显著性和径流的年突变特征;采用变动范围法计算迁江水文站的水文变异情况,并结合龙滩水电站调度运行关联分析其影响程度。分析结果表明:迁江水文站年均流量总体呈减少趋势;迁江水文站的水文情势的综合改变度为68.04%,32个IHA指标中有16个发生高度改变。

考虑过程变化的黄河河口区水文情势变化评价

正确理解黄河河口区河流水文情势变化程度对该地区河流生态系统的维持及修复具有重要意义。目前最常用的评价河流水文情势的方法为变动范围法(RVA),其通过比较水文过程突变前后水文情势指标落在统计范围内的频次变化衡量变化程度,但RVA法缺乏对水文要素过程变化的评价,可能低估评价结果。分别利用基于欧氏距离(ED)及基于动态时间规整算法(DTW)的两种考虑水文要素过程变化的改进RVA法评价黄河河口利津水文站水文情势变化,并与原始RVA法进行对比。结果表明,基于ED、DTW的改进RVA法与原始RVA法所得的黄河河口区水文情势改变度分别为0.78(高度)、0.60(中度)、0.62(中度);相较于基于DTW的RVA法,基于ED的改进RVA法对水文要素过程变化更加敏感;黄河河口区近30多年来河流水文情势变化较大,应重视依据不同指标变化程度采取针对性改善措施。

径流过程改变对生态系统的影响

文章以改进的生态径流法来分析人类活动和气候变化,导致径流过程改变对生态系统影响的程度。以宜昌站为例,根据分形理论,宜昌站的年内径流过程分为6个时期,即枯水期、汛前过渡期、汛前副涨期、主汛期、讯后副汛期和落水期。根据分期生态径流法计算可知,葛洲坝修建前后各个分期内的生态径流过程均有一定程度的影响,特别是第一与第二分期。有些指标的背离程度已经达到中等,其变化应是葛洲坝的修建和气候变化的综合结果。

闸坝对浑河上游水文情势和生态的影响

以浑河流域抚顺至沈阳段为研究对象,采用水文变化指标/变动范围法（IHA/RVA）定量评估了闸坝对浑河沈抚段水文情势的影响,采用生物多样性指数（SI）分析了水文情势改变所引起的研究区域内河流生态变化。结果表明：闸坝的建立没有达到预期削峰补枯的效果,在受到建立闸坝的影响后两水文站多数水文情势产生了不同程度的改变,并对该河流生态产生了不利影响,抚顺（二）站和沈阳（三）站水文情势整体改变度分别为41. 72%和35. 50%,均呈现中度改变;建立闸坝后两水文站生物多样性指数均有所下降,其中抚顺（二）站受其上游建立闸坝影响较为严重,SI平均值由自然状况下的1. 768降到0. 392,闸坝运行后仅恢复到0. 501。研究表明,浑河流域抚顺至沈阳段河流水文情势受人为建立闸坝影响发生了中度改变,并对河流生态产生了负面影响。在未来针对该河流治理和水量调控的研究中应考虑水文情势变化引起的生态响应,河流管理者和研究者应注意适度开发河流及合理调控水资源。

日调节电站库区生态水文情势评价——以湘江干流衡阳站为例

河流生态水文情势对生态系统起着决定性作用,定量评估日调节电站库区中部生态水文情势影响,可为日调节电站的生态调度,维持河流生态健康等提供科技支撑。采用变动范围法(RVA)对湘江干流大源渡枢纽库区衡阳水文站1959~2015年逐日流量、水位及流速指标进行分析,采用生物多样性指标SI初步评估库区生物多样性的变化。结果表明:日调节电站蓄水后,库区中部生态水文变化特征及生态影响为:流速IHA指标整体改变度达到81%,流量IHA指标整体改变度为43%;4~7月月均流速降低(高度改变)不利于"四大家鱼"产卵活动;库区年极小值流量的增加利于保障自然栖息地和植物群落;年极值流速降低在改变库区河道地貌的同时加大生态环境风险;流量、流速年最小值出现时间发生100%改变,影响生物的生命活动;流量低脉冲历时和流速高脉冲历时高度改变,不利于刺激家鱼产卵繁殖活动;枢纽蓄水后SI值降低,生物多样性降低。