鱼类产卵行为与生态水文指标响应关系研究——以长江四大家鱼为例

四大家鱼作为我国重要淡水经济鱼类,近年来产卵规模大幅衰减,水文条件作为影响家鱼自然繁殖的重要因素,确定四大家鱼产卵行为与生态水文指标的关系对保护四大家鱼早期资源具有重要意义。以长江中游宜昌段为研究区域,采用ROC曲线、分类回归树、Logistic回归等方法将生态水文指标对家鱼产卵刺激划分为“无效、低效、高效”多分类问题,分析家鱼产卵行为与生态水文指标间的响应关系,并对比研究不同方法间的性能与优缺点。结果显示,ROC曲线判别准确率、预测准确率、模型鲁棒性均最优,是判定生态水文指标对四大家鱼产卵规模影响的最优方法;当流量日增量大于1370 m^(3)/s且两次洪峰间隔时间大于7.5 d时可以引起四大家鱼高效产卵响应。辨识出高效刺激家鱼产卵的生态水文指标及其阈值,对生态调度的优化改进具有重要的现实意义。

黄河干流水文指标的变异

应用水文变异方法对黄河干流唐乃亥、兰州、头道拐、潼关、花园口和利津6个关键断面水文指标的变异程度进行了分析,结果表明:近年来黄河干流水文指标有很大的变异,主要原因是水库运行和干流引水。6个断面水文指标的变异程度大体可分为3个层次,兰州和利津断面属第一层次,发生明显改变,头道拐、潼关、花园口为第二层次,改变比较明显,唐乃亥断面为第三层次,变异程度相对较低;兰州和花园口断面系水库泄流控制站,改变指标主要集中在水库削峰补枯引发的极值和丰枯流量的变化上,头道拐、潼关、利津受灌区和沿黄城市引水的影响较大。

生态最相关水文指标的优选及其在洞庭湖环境流量估算中的应用

水文改变指标(IHA)能够较为全面地描述水文状况,在评估水文情势改变及其生态系统影响方面具有广泛的应用.尽管该指标体系较为完善,但是数量众多的水文变量仍然存在信息冗余问题.根据洞庭湖城陵矶水文站1955-2014年的径流量数据,采用主成分分析(PCA)筛选了生态最相关水文指标(ERHIs),结合ERHIs改进了用于估算环境流量的变化范围法(RVA),并将其应用在洞庭湖出口的环境流量估算中.基于PCA选取了年最大90日流量、年最小3日流量、年最小流量出现时间、3月流量、6月流量、流量逆转次数和低流量年内平均历时7个变量作为洞庭湖出口的ERHIs.纵向和横向的对比分析都表明选取的ERHIs是合理的.ERHIs不仅有效缓解了IHA的冗余性问题,还有利于抓住最关键的生态水文变量.根据ERHIs改进的RVA方法在设定洞庭湖出口环境流量时,极大地简化原来的众多管理目标,对生态水文研究、水资源管理和生态保护都具有重要的参考价值和借鉴意义.

太子河流域大型水库建设对生态水文指标的影响

水库的建设既是对当地生态水文环境的改善,又是保障当地农业、工业生产安全,促进社会经济发展的必要举措。文章采用数字滤波递归法、时段分析法以及IHA软件、AQUAPAK软件建立基流量、暴雨径流、断流等生态水文指标,选取本溪水文站、辽阳水文站、小林子水文站1955-2007年的水文观测数据,分析汤河、葠窝、观音阁水库建设对本溪河段、辽阳河段、小林子河段的生态水文指标的影响。结果表明:太子河流域大型水库建设进一步减少了河流汛期基流量,增加了汛前基流,减少了汛期洪水发生次数;增加了辽阳河段断流频次。可见,太子河流域大型水库建设对河流水文情势和生态系统的改善带来了显著效果,可为河流生态修复以及水库水量调度提供依据。

生态相关水文指标的优选及其演变归因分析

河流生态系统健康是流域可持续发展的基础,水文情势自然变化是维持河流生态健康的关键因素,因此需进行变化环境下水文情势演变归因研究。以老哈河流域为例,基于1964—2016年水文气象资料,利用趋势及突变检验方法,确定径流序列突变点,划分研究期,并结合可变下渗容量模型重建天然径流;通过主成分分析法确定生态最相关水文指标(ERHIs),并利用变化范围法评估水文指标的改变程度;基于“观测-模拟”对比分析法,定量评估气候变化和人类活动对河道径流和ERHIs的影响。结果表明:流域年径流序列呈现显著减少趋势,突变点为1979年和1999年,将研究期划分为基准期、变化期Ⅰ和变化期Ⅱ;筛选出7个ERHIs,分别为2月流量、6月流量、最大7日流量、年最小流量出现时间、低流量年内发生次数、高流量年内平均历时、上升率;7个ERHIs中,大部分表现为下降趋势,综合改变度在变化期Ⅰ和变化期Ⅱ分别为0.45和0.74;定量归因结果表明,人类活动是影响ERHIs变化的主要因素,其在变化期Ⅱ对水文情势的影响较变化期Ⅰ更为剧烈。研究提供了生态相关水文指标优选及其演变归因的综合方法,揭示了不同时期流域ERHIs变化的主要驱动因子,为河流适应性管理提供科学依据。

城市化的生态水文指标体系模拟及生态水文效应研究

对城市化的生态水文效应进行研究,以及相关生态水文指标体系进行科学模拟,在指导区域河流保护及生态修复实践方面意义重大。以辽宁省铁岭市为主要研究对象,考虑研究区河流径流情势在维持河道生态系统完整性方面具有重要作用,故在对现有相关生态水文指标体系相关特征进行模拟、分析基础上,科学构建了以径流历史曲线、洪峰流量频率超出曲线为代表的区域生态水文指标体系。分析过程中,基于SWMM模型对该研究区不同城市化程度下的降雨径流和生态水文指标体系进行模拟,最终对铁岭市生态水文效应进行了客观分析研究。

金沙江下游中华金沙鳅自然繁殖的生态水文需求研究

开展中华金沙鳅的生态需求研究,在此基础上制定有针对性的生态调度方案,为国内外水利水电工程的生态调度提供参考与借鉴。2017-2019年5-7月在金沙江下游巧家断面进行鱼类早期资源调查,分析中华金沙鳅卵苗径流量与同期水温、流量日上涨量、涨水持续时间等生态水文指标之间的响应关系,掌握刺激中华金沙鳅自然繁殖的生态水文指标和水温阈值,在此基础上提出乌东德水电站生态调度运行要求。结果表明:巧家江段中华金沙鳅产卵高峰期为5月下旬至6月中下旬,产卵高峰期起始水温不低于19.0℃;对应的洪峰过程流量日上涨量平均为358 m^(3)/s,涨水持续天数平均为5 d,洪峰过程2~3 d后开始大规模产卵;偏相关分析表明中华金沙鳅卵苗径流量与起始水位呈负相关关系,与水位日上涨量、涨水持续时间呈正相关关系,推荐人造洪峰的起始(3-7月)流量为1160 m^(3)/s,此时对应的乌东德水文站水位为791.1 m。加大流量日增长率以及增加涨水持续时间,可有效促进中华金沙鳅产卵繁殖。

基于ERHIs法的雅鲁藏布江流域水文情势变化研究

为探究变化环境下雅鲁藏布江流域环境流量组分与水文情势变化情况,采用改进后生态最相关水文指标ERHIs(The most Ecologically Relevant Hydrologic Indicators)、RVA(Range of Variability Approach)法定量分析了1965—2018年间不同阶段不同环境组分下的雅鲁藏布江流域内水文情势的变化情况,并结合5种突变检验方法对指标进行验证。结果表明,通过EasyDHM插补数据是可行的,参数优化后的Nash系数最大为0.97,最小为0.67,均在合理范围内,在缺资料地区运用较好。针对雅鲁藏布江2个断面强变异指标改变度计算结果均表明雅江中下游地区的水文改变度为高度改变。在指标选取方面,生态水文改变过程的指标体系(Indicators of Hydrologic Alteration,IHA)参数之间的相关性较高,指标间的冗余问题十分突出。ERHIs指标具有一定的合理性,不仅有效缓解了IHA的冗余性问题,还有利于抓住最关键的生态水文变量,对生态水文研究、流域水资源管理和生态保护都具有重要的参考价值和借鉴意义,为短缺水文资料地区的生态评估提供参考。

黄河靖远-景泰段全新世古洪水水文事件水文指标模拟及气候背景分析

依黄河上游靖远-景泰峡谷段金坪村和营坪村两地点发现的典型全新世古洪水滞流沉积地层,将其命名为JPC和YPC剖面,系统观测该河段水文参数,采取Arc GIS耦合HEC-RAS模型技术路线,推算出其洪峰流量介于（15 110~17 740）m3/s。河槽糙率灵敏度检验表明,给定糙率±25%变幅,模型模拟得到的洪峰流量误差在-10.6%~5.5%之间。采用该模型和相同水文参数,根据该河段2012年大洪水洪痕高程,恢复推算其洪峰流量,其结果与实测数据误差仅为2.7%,可知采用Arc GIS耦合HEC-RAS模型模拟恢复古洪水洪峰水位和洪峰流量结果是可靠的。通过OSL技术测年和地层对比方法,确定该期古洪水事件发生在3 200a B.P.~3 000a B.P.,此时段东亚季风发生恶化转折,河流水文系统发生相应的变化。该期特大古洪水事件是河流水文系统对于季风气候事件的响应。这些研究成果可为黄河上游水利枢纽、交通工程和防洪工程建设提供基础性数据,对深入了解黄河上游流域环境对于全球变化的响应规律具有重要的科学意义。

水文改变指标体系在生态水文研究中的应用综述

回顾了水文改变指标体系的发展历程,详细介绍了水文改变指标体系所包含的水文改变指标、变化范围法和环境流量成分3部分内容,总结了水文改变指标体系在水文情势改变评估、生态环境影响评估、生态环境流量估算等方面的应用;指出水文改变指标体系是一种简便有效的评估工具,在水文情势变化及其生态效应评估和水资源管理实践上具有广泛的应用前景,但水文改变指标体系也存在参数冗余问题,未来发展可以耦合生态水文模型。

基于水文指标变化范围法的水库生态调度方案评价

为对水库生态调度方案进行合理评价并选优,本文采用变化范围(RVA)法,对燕山水库下游官寨水文站1954—2000年日均流量资料进行统计分析,并根据分析所得32个水文改变指标(IHA)变化范围确定了环境流量范围。结合目前常用几种生态流量计算方法提出9种生态流量方案,建立生态调度模型,模拟日放水过程。根据模拟日调度流量结果计算各指标的水文改变度,并对其进行分析。最后,根据分析结果,提出了使社会经济目标与生态目标均衡优化的综合效益最优调度方案。

水文干旱指标研究进展综述

随着气候变化及其极端气候事件的频繁出现,对抗击干旱灾害的决策服务能力和管理水平提出了更高要求。在介绍干旱研究的背景、干旱基本状况及其分类的基础上,系统总结了国内外水文干旱指标及干旱预警等级的研究成果。分析了我国水文干旱研究存在的不足,以及将来可能的研究方向,建立了以反映机理分布式水文模型为主的一主多辅综合性水文干旱指标。分析表明,建立以旱限水位为干旱预警的全国干旱预警体系是今后的发展方向。

基于主成分分析法的河流水文改变指标优选

为了克服传统水文改变指标法(IHA)在评价河流水文情势变化特征时各指标间相关性和数据冗余造成整体评价偏差的问题,收集了金沙江流域华弹水文站1952~2017年的日径流数据,运用主成分分析法(PCA),从IHA的32个指标中优选出7个能够较为全面评价水文情势变化的代表性指标:30 d最小流量、基流指数、落水率、涨水率、最大流量日、高流脉冲次数和最小流量日,进行了合理性分析。结果发现:①这7个代表性指标间相关性较弱,用其对河流水文情势变化进行评价的结果与传统IHA法的结果基本一致;②优选出的指标能够提供较为全面合理的水文情势变化评价。研究成果对河流水资源管理有着重要的参考价值和借鉴意义。

引发山洪的临界水文特征指标探讨

应用推理公式对伊春地区“８５．８．１６”和“８３．７．１１”两次大暴雨中心区域的各个水文特征指标进行了计算分析，论证了山地径流与山洪爆发的本质区别。以“８３．７．１１”大暴雨洪水为典型建立了临界径流模倍比系数ａ 与大暴雨笼罩面积Ｆ的关系式，进而导出了引起山洪暴发的临界降雨量公式，并依此绘出临界降雨量与降雨历时、流域总损失量之间的理论相关图，为揭示山洪爆发成因以及保护森林，保护生态环境能够预防山洪爆发提出了理论根据。

水文变化指标方法对区域水库建库前后的水文特征变化分析

采用水文变化指标方法对辽宁东部某区域水库建库前后的水文特征变化进行定量分析。研究结果表明:建库前后区域月流量偏差率在-58.9%~0.7%之间,建库后非汛期变化偏差率大于主汛期;建库前后区域径流年极值变化较大,相比于建库前,其径流年极值变化在-3.08%~25.07%之间,建库前后水文极值变化偏差率较小;区域水库最大、最小1日流量出现时间建库前后的偏差率在-8.37~1.59%之间,建库前后对区域最小1日流量出现时间影响大于最大1日流量出现时间;相比建库前,区域涨落水率明显上升,涨水速率较建坝前增加了112%。落水率增加29%。研究成果对定量分析水库建设前后的区域水文特征影响提供参考。

景观格局对流域水文影响研究指标的分析

通过对景观格局与水文关系研究过程中所选择的指标进行分析,建议研究中水文指标选择径流系数、年径流深变差系数、洪水特征参数,水质指标选择TN、TP、SS、CODMn,景观指数选择斑块面积、景观破碎度、聚集度等。

梯级枢纽条件下信江下游四大家鱼繁殖期水文情势分析

为探究梯级枢纽建设及运行对信江下游四大家鱼产卵场水文情势的潜在影响,选取21项参数建立鱼类产卵场水文评价指标体系,采用一维水动力模型分析了大溪渡产卵场河段在梯级枢纽建设前后的水文情势,并采用变动范围法分析了梯级枢纽建设前后产卵场繁殖期生态水文变化情况。结果表明,四大家鱼繁殖期流量在枢纽运行后呈下降趋势,研究区域断面流量趋于平均;高流量脉冲数量减少,降低了脉冲流量对四大家鱼产卵的刺激性信号。研究量化了信江下游梯级枢纽建设对库区内产卵场繁殖期生态水文的影响,为当地枢纽调度运行的方案设计提供科学指导。

基于MODIS的水文特征指标提取与应用研究

流域水文模拟的效果很大程度上取决于输入数据,然而往往由于缺乏足够的、合适的数据导致不能很好地描述水文过程。遥感信息可以较准确地确定土地利用、覆被情况并提取相关水文特征指标,根据模型参数的物理意义直接或辅助确定有关参数,有助于减小参数率定的不确定性及水文模型在无或少资料地区的推广应用。研究采用MODIS遥感数据和定量化的遥感技术,针对土地利用分类体系的确立和水文特征指标的提取对流域水文模拟的影响进行研究,为最终的数字流域水文模型研制建立理论基础,并探寻可行的技术方案。

考虑水文改变生态指标的丹江口水库多目标优化调度

对水文改变指标进行分类、筛选并赋权,构建流量等级和流量波动2个生态指标;使用高斯径向基函数拟合水库调度规则,以供水量、发电量和水文改变生态指标为目标函数,在丹江口水库开展多目标优化调度研究;分析供水、发电与生态效益各指标间的竞争关系,寻求社会经济和生态效益均较佳的调度方案,论证生态流量的合理性。结果表明:丹江口水库调度的供水、发电和生态效益之间存在目标冲突;同时考虑供水、发电、流量等级、流量波动4个目标的推荐方案,可在确保防洪安全并维持供水和发电量不变的前提下,保证流量等级和流量波动水文改变生态指标与天然状态相近;推荐方案尽可能达到适宜生态流量,满足了汉江中下游水生物自然繁衍需求。研究成果可为丹江口水库优化调度以及汉江中下游水生态环境保护提供参考。