水库生态健康评价及预测研究

为提升水库生态健康状态预判水平,提出一种基于双向长短期记忆神经网络(Bi-directional Long Short-Term Memory,Bi-LSTM)模型和模糊综合评价(Fuzzy Integrated Evaluation,FIE)模型的水库生态健康预判方法。以千烟洲水库为例,采用Bi-LSTM模型对影响水库生态健康的指标进行预测;采用FIE法对水库生态健康状态进行评估。结果表明:水库生态健康的指标实测值和预测值误差较小,评估方法简单、可靠。该方法为水库生态保护政策制定提供了依据,可为水库生环境评价提供参考。

大凌河白石水库生态调度放流对策模型研究

【目的】为了使水库生态放流对策的制定与河流来水丰枯、水利部生态流量保障目标相适应,有必要对水库生态调度放流对策模型进行研究。【方法】以大凌河上的白石水库为例,选用Tennant法、Texas法、水利部生态流量保障目标(定值法)的生态流量计算结果用于生态调度,构建供水、发电、生态协调最优的生态调度模型。【结果】调度期末没有恢复汛限水位的要求,3个方法的年供水缺水量均值比有恢复汛限水位的要求减少了8.20%、20.21%、11.62%,生态供水缺水量均值减少了16.39%、14.40%、10.96%,定值法、Texas的发电量均值减少了0.90%、3.46%,Tennant法的发电量均值增加了3.73%。调度期末没有恢复汛限水位的要求,Tennant法比定值法、Texas法的水库年供水缺水量均值小19.91%、10.69%,非汛期缺水量均值小49.47%、21.17%,年发电量均值大4.25%、5.77%,汛期发电量均值大69.22%、9.20%。【结论】调度期末水库水位不要求尽量恢复汛限水位,能够提高水库水资源的利用率,以Tennant法计算的生态需水量的调度模式能够有效结合来水丰枯,实现供水、发电、生态的最优。

来流变化条件下溪洛渡水库生态调度期水温分层特性研究

为探明来流变化条件下溪洛渡水库生态调度时的水温垂向分布特性,运用水温现场监测和CE-QUAL-W2模型对水温进行数值模拟的研究方法,基于实测地形和水文等数据建立溪洛渡库区的立面二维水温模型,模拟了水库在2021年1月15日—4月30日的水温动态变化过程,重点分析了生态调度期(3—4月)库区的立面二维水温分布规律及不同泄水口高程对下泄水水温的影响。结果表明:溪洛渡水库坝前水温于3月中旬开始出现温差,3月下旬表底最大垂向温差为2.02℃,垂向温度梯度在0.10℃/m以内。4月上旬、下旬水库表底最大垂向温差分别为2.41和2.81℃,垂向温度梯度在0.15℃/m以内。通过比较无叠梁门、1层叠梁门两种泄水运行工况得出,当设置1层叠梁门稳定运行时水库的平均下泄水水温提高了0.13℃。本研究可为溪洛渡水库后续的水温生态调度试验提供科学依据。

基于犹豫模糊集、前景理论和粗糙集的水库生态友好型调度方案评价

多目标调度方案的评价决策一直是水库调度领域研究重点之一。现有的生态友好型水库调度方案评价中存在诸如生态指标偏少、评价者认知的主观性难以精确表达等问题,影响到生态友好型水库调度方案的合理评价与决策。以贵州省夹岩水利枢纽为研究实例,从城镇供水、灌溉、发电、生态4个维度(即准则)角度,构建生态友好型调度方案评价指标体系,采用基于月(旬)流量数据的年内月(旬)均流量大小改变度、年径流不均匀程度改变度、年内峰、谷流量改变度、年内峰、谷流量出现时间改变度等水文改变度指标量化水库调度的生态影响。考虑到准则属性权重难以确定和属性值不精确,提出了耦合犹豫模糊集、前景理论和粗糙集理论的多属性评价方法(HPR-MAEM)。采用二元对比法、变差系数法、熵值法和CRITIC法等四种赋权方法,对每一个准则下指标进行赋权,获得的准则属性值构成一个犹豫模糊数,然后采用前景理论的价值函数计算每个方案的准则属性值偏离正负理想属性值的损失和收益及综合前景值,并通过粗糙集属性约减计算准则属性的权重,最后计算各方案的加权综合前景值,对方案进行排序。为进一步验证方法的合理性与有效性,将HPR-MAEM排序结果与传统TOPSIS方法和变差系数法、熵值法和CRITIC法排序结果进行比较。对夹岩水利枢纽10个长期调度方案的评价结果表明:基于月(旬)流量数据的水文改变度指标能够较全面反映水库调度的生态效应,HPR-MAEM方法能合理地考虑不同赋权方法和决策者有限理性对评价结果的影响,推荐的调度方案的城镇供水、灌溉、发电、生态四个维度更为均衡。

水利部关于批准发布《水库生态流量泄放规程》等2项水利行业标准的公告(水利部公告 2023年第15号)

中华人民共和国水利部批准《水库生态流量泄放规程》(SL/T 819—2023)等2项为水利行业标准,现予以公布。

水声学探测技术在水库生态养殖中的应用

由于水库面积大,鱼资源分布情况和资源量大小不易掌握,且捕捞需要聘请专业人员,捕捞成本高,因此,水声学探测技术及其应用仪器(回声探测仪)以其快速准确、覆盖面广、预报及时、不损害鱼资源等优点,广泛应用于水库等大水面资源评估和鱼时空分布研究,为水库等生态养殖的科学放养和实现精准捕捞提供了较大的帮助。

基于改进粒子群优化算法的水库生态优化调度研究

文中对传统粒子群算法进行改进,提高其优化算法的收敛度,并结合改进粒子群算法对观音阁水库生态调度进行优化计算。研究结果表明,采用改进粒子群算法的水库生态调度优化求解精度得到明显改善,不同月份观音阁水库下游河道最小和适宜生态径流满足度相比于改进前显著提高。研究成果对于水库生态优化调度算法具有重要参考价值。

基于盲数理论的水库生态需水量化分析

在界定水库生态需水的概念及内涵后,运用盲数理论对水库生态需水进行量化研究,并在双溪水库得到验证和应用。双溪水库枯水期最小生态需水量为1626.4万m3,对应生态水位为369.6 m,总可信度为90.2%;枯水期近10%的低于生态水位调水有使生态有逆向演替倾向。枯水期、平水期双溪水库生态系统处于半稳定状态,丰水期库岸生态处于正常状态,呈顺向演替。

基于生态流量过程线的水库生态调度方法研究

传统的水库调度以兴利调度和除害调度为主,而水库生态调度则是为了实现人类需要的生态环境目标而进行的水库调度,相关的生态目标涉及水质、泥沙、生态系统和防治血吸虫病等。以水电站年发电量最大为优化目标,以生态方案为约束,提出了基于生态流量过程线的水库优化调度模型。利用该模型对黄河流域某子流域进行了水库生态调度计算,提出了4项生态环境目标,组合出5个生态方案。优化计算结果表明,与不考虑生态目标的方案相比,满足4项生态目标的水库调度方案的年发电量仅减少7.6%,可以看出如果采取合理的调度方案实现生态环境目标不会对水库的经济效益产生大的影响。

水库生态调度模型及其应用

为了减轻水利工程对河流生态系统造成的不利影响,针对汉江中下游的主要生态问题,结合不同时期生态因子和水文观测资料,分析计算了汉江的最小生态流量、适宜生态流量以及四大家鱼产卵所需要的洪水脉冲过程。通过建立丹江口水库生态调度模型,选取典型代表年,对丹江口水库进行河流生态需水量和人造洪水调度。计算结果表明,丰水年和平水年能满足最小和适宜生态流量的需求,典型枯水年能满足最小生态流量,特枯年份无法满足适宜生态流量过程。分析了生态调度对水库发电效益产生的影响,丰水年影响甚微,平水年和枯水年的影响逐渐加大。通过水库的人造洪水调度可以满足四大家鱼产卵所需要的洪水脉冲环境。实施水库的生态调度有益于人水和谐的可持续发展。

美国的水库生态调度实践

本文介绍了近40年来美国的水库生态调度实践和试验研究情况,分析了包括哥伦比亚河、田纳西河、科罗拉多河、格林河和萨瓦纳河在内的典型案例的生态目标、调度措施、工程措施、生态效果和相应的经济损失,初步概括了美国的水库生态调度的发展历程和主要经验。

水库生态与环境调度研究综述

水电工程为人类带来经济与社会效益的同时,却对河流生态系统产生了胁迫,威胁着人类的可持续发展。开展水库生态与环境调度是趋利避害的有效措施。介绍了水库生态与环境调度的研究背景及内涵,并综述了国内外的研究进展。总体来看,水库生态与环境调度正处于起步阶段,目前研究多限于宏观定性的论述,缺乏微观定量的研究。因此,探索兼顾河流生态系统健康的水库调度方式已成为解决人类生存与发展的重要研究课题。

基于生态流量区间的多目标水库生态调度模型及应用

传统的水库调度以兴利调度和防洪调度为主,常忽视生态环境问题,导致河流生态水文系统的健康状况不断恶化。相对传统的以水电站年发电量最大,发电保证率最高为目标函数,本研究还引入了生态保证率最高的目标函数,构建基于生态流量区间的多目标水库生态调度模型,并采用NSGA-Ⅱ算法对模型进行优化求解。利用该模型对天生桥一级水库1956年-2008年的来水过程进行优化调度,结果表明:经济效益最大的调度方案会对天然径流过程产生显著的改变,而兼顾经济效益和生态目标的建议调度方案对水库的经济效益产生影响较少的同时能保证生态系统的稳定性。

面向四大家鱼繁殖需求的水库生态调控模拟研究

分析了长江水系四大家鱼资源繁殖的水文和水动力适宜条件需求,围绕上游控制性水库优化调控过程开展了针对性数学模型研究,提出一种有利于改善四大家鱼产卵环境的水库生态调度过程。所建模型初步量化了面向四大家鱼繁殖需求的动态调度过程,利用上游水库的调蓄功能,采用"先蓄后泄"的调度方式形成人工涨水过程,在不明显影响发电量的前提下,有利于达到刺激四大家鱼进行产卵的目的。

水库生态调度研究的若干思考

传统的水库调度方式在保障防洪安全的基础上力求最大限度发挥河流水资源的经济效益,对库区及下游的生态环境考虑较少,在防洪兴利的同时危及了河流健康。改变传统的水库调度方式,将生态目标纳入到水库调度中来,开展以维护或改善河流健康为重要目标的水库生态调度是十分必要和迫切的。从水库修建运用的生态效应出发,在国内外相关研究的基础上系统分析了水库生态调度的概念、内涵及研究热点,并重点讨论基于生态水文模拟的水库生态调度方式及其研究中的一些关键技术问题,以期能够对水库生态调度研究提供参考。

北京密云水库生态经济系统特征、资产基础及功能效益评估

论文在分析了密云水库生态经济系统特征的基础上,运用经济学理论和能值理论对密云水库生态经济系统的主要资产及其服务功能的价值进行了综合评估,结果表明,密云水库主要资产的宏观经济价值高达472×108元,1960—2004年期间,密云水库防洪、灌溉、供水、发电、旅游和养鱼等主要功能的价值高达260×108元。近年来,由于北京水资源短缺,密云水体生态经济系统的产出模式发生了变化,生产方式和产出模式主要表现为为北京提供饮用水、旅游和养鱼,停止了发电、灌溉,对养鱼、旅游等功能进行了宏观调控,取消了网箱养鱼,限制了旅游范围。2005年密云水库每年生态旅游、供水和提供鲜活水产品三项的宏观经济价值约为3.68×108元/年,其中每年提供饮用水的宏观经济价值相当于2.51×108元/年。若按2%的折旧率对密云水库主要资产进行折旧补偿,每年的补偿资金约为9.4×108元;若对提供北京市场的水源价值按能值成本进行补偿,每年约需要2.5×108元,两项约为12×108元。为此提出如下建议:①组织有关部门的专家对密云水库集水区15788km2的面积进行综合考察研究,制定全面的生态经济综合发展规划,确立今后一段时间内的重大生态经济综合治理工程;②近期宜在密云水库及周边地区采用多种生态经济模式进行综合治理;③对跨北京的密云水库上游地区,要建立补偿机制,促进上游地区的生态经济良性循环;④加强五大区域的水源保护林建设。

非充分生态约束条件下水库生态调度模型研究

在不影响水库原有防洪及供水目标前提下,为了降低水库对河流生态系统的影响,针对部分调度模型存在调度结果满足最小生态流量约束而不满足适宜生态流量约束的情况,提出了以最小生态流量约束调度结果为基础,逐步向适宜生态流量约束靠近的非充分生态约束流量求解方法,并引入松弛变量,建立了生态保证程度与发电量的关系,通过对比Kmin法和Kmax-1法的Tennant评价结果确定水库生态调度的最佳平衡点,以此作为非充分生态约束条件下的尼尔基水库生态调度模型。结果表明,生态流量约束值还有很大的提升空间,不宜直接选取最小生态流量约束的调度结果作为调度方案;新的调度模型可以有效解决此类生态调度问题,给决策者提供更合理的调度方式,6种生态约束条件下的生态保证程度分别可提高60%、80%、40%、60%、70%、70%,电量损失率仅为2.01%、1.13%、1.28%、1.47%、2.16%、2.08%。

水库生态调度模型及算法研究

随着我国大规模流域开发,大量水库建设对河流生态系统造成了较大影响,如何通过水库合理调度来减轻水库对河流生态环境的负面影响,是当前水库运行调度研究中的一个热点问题。针对现行水库调度过分强调经济利益而忽视生态环境需水状况,致使部分大坝下游和库区发生生态环境退化的现象,从自然资源可持续发展的角度,探讨了水库生态调度的概念和任务,建立了水库生态调度多目标数学模型。该模型以经济效益、社会效益和生态环境效益组成的综合利用效益最大为目标函数,以综合利用要求为约束条件,包括灌溉、发电、航运、旅游、河口压咸和应急用水等。该模型为具有复杂约束条件的多目标规划模型。创建了可行搜索离散微分动态规划算法(FS-DDDP算法)对该模型进行了求解。

蒲河流域水库生态调度研究

针对蒲河流域近年河道枯季缺水甚至断流的问题,提出了蒲河流域棋盘山水库和团结水库联合生态调度,以经济、生态、社会三方面综合效益最大化为目标,建立了水库生态调度多目标数学模型。运用遗传算法通过Matlab软件优化求解,从而提出了维持蒲河流域景观连续水面的建议。

基于RVA法的水库生态调度研究

我国水库传统的调度运行方式大多为防洪、兴利服务,较少考虑河流生态需求。水库的运行,改变了河道天然水文过程,对河流生态系统产生了较大胁迫,这将不利于河流水资源的可持续利用,因此,有必要对水库现行调度进行优化调整。选取嫩江干流尼尔基水库为研究对象,应用RVA法对水库下游河道生态需水以及水库现行调度方案运行对河流生态水文过程的影响进行了分析,建立了的生态调度模型,并提出了该工程调度的优化建议。