基于IHA-RVA法的黄河水文情势演变分析

水文情势的自然波动是维系河流生态系统功能性及水文健康的关键。针对气候变化和人类活动造成黄河流域水文情势变化等问题,选取黄河干流代表性水文站(兰州站、龙门站、花园口站)1956—2020年逐日径流实测资料,采用Mann-Kendall和Pettitt检验方法,综合检验径流突变年份,利用生态水文指标变化范围法(IHA-RVA),定量评价黄河流域水文情势改变程度。结果表明:1)兰州站、龙门站、花园口站径流突变年份分别为1984年、1987年、1986年,且龙门站、花园口站控制流域内年均流量呈显著性减小趋势。2)兰州站年均90 d最小流量改变度最高,达83%;龙门站4月平均流量改变度最高,达-100%;花园口站流量平均增大(减小)率改变度最高,达-92%。3)兰州站、龙门站、花园口站整体水文改变度分别为34%、37%、51%,均属于中度改变。

基于IHA-RVA法的水利工程对倭肯河流域生态水文情势影响研究

为了研究倭肯河流域水文情势的变化,选取倭肯水文站1956—2016年的逐日流量数据为研究资料,应用生态水文指标变化范围法(IHA-RVA)综合评价了倭肯河流域的水文情势改变程度。结果表明:通过对倭肯河流域水文突变前后倭肯水文站水文指标的分析可知:流域整体的水文改变度为37%,达到了中度改变;33个水文指标中,3个属于高度改变,7个属于中度改变,23个属于低度改变。该研究可为倭肯流域生态水文情势的健康分析提供参考。

基于IHA-RVA法的生态治理对径流演变情势的影响评估

研究流域径流演变情势及其对生态治理的响应,可为流域水资源合理利用和水生态治理提供重要指导。该文依据北洛河上游1964—2014年逐日平均流量和年降水量资料,采用双累积曲线法、双滑动平均法(MASH)和Mann-Kendall趋势检验法对径流过程变化进行了分析研究,采用水文指标变化范围法(IHA-RVA)对5组30个径流指标及其改变度进行了评估,对径流演变成因做了初步分析。结果表明:研究期内年径流呈现减少趋势,且以1979年和2002年为界可划分为基准期、水土保持治理期和生态恢复影响期;汛期流量下降较非汛期明显,减少幅度为35.6%;生态治理影响下径流指标整体水文改变度为74.35%,属于高度改变;5组30个径流指标中发生高度改变的指标占比增加,其中年极端流量组变化度最大,为94.77%。人类活动使得流域河川径流显著减少且波动性减弱,而水土保持、退耕还林(草)措施是核心驱动力。

基于IHA-RVA法的若尔盖湿地水文情势研究

若尔盖湿地为黄河上游主要产流区,为研究若尔盖湿地水文情势的变化,选取黄河干流吉迈站、玛曲站和主要支流白河唐克站、黑河大水站的历史逐年、日流量资料,应用Mann⁃Kendall法、距平累积法以及Pettitt检验法分析4站突变特征。采用水文指标变动范围法(IHA⁃RVA)和水文改变度法综合评估各站对比时段和评价时段水文指标改变程度。研究结果表明:4站年径流量无显著突变趋势;与对比时段相比,评价时段4站整体水文改变度接近中度改变,其中唐克站达到中度改变;32个水文改变指标中,极端大流量事件均以减少为主,高、低流量脉冲频率均以下降为主,改变度最大的是流量改变率及逆转次数,玛曲、吉迈、大水站流量增大率和减小率均下降,逆转次数减少改变度除唐克站外均达到中度甚至高度改变,这将给河流生物群落带来一定的影响,也在一定程度上反映了湿地退化现象。

基于IHA-RVA法的人类活动对窟野河流域水文情势影响评估

定量评估人类活动对流域水文情势的影响是维持流域生态平衡的一项重要基础研究工作。基于窟野河径流控制站温家川水文站1954~2016年的日径流数据,采用IHA-RVA法计算了水土保持效应期和煤矿开采影响期流域的水文情势指标变化情况。结果表明,水保措施和煤矿开采均导致窟野河径流的水文情势发生改变,其改变度分别为中度和高度,煤矿开采对流域水文情势的影响更大;受人类活动干扰后,温家川水文站在水土保持效应期有17个水文指标发生了中度改变,煤矿开采影响期有21个指标发生了高度改变,两个时期相比较有13个指标发生了高度改变,分别占指标总数的53.1%、63.6%、39.4%;水保措施涵养水源的作用较明显,煤矿开采的减水效应大于水保措施的减水效应,其中煤矿开采消减洪峰的作用大于水保措施消减洪峰的作用。研究成果对于流域水资源开发与保护有重要意义。

基于IHA-RVA法的资水流域水文情势评估

为了研究资水流域水文情势的变化,选取桃江水文站1959—2016年的逐日流量数据为研究资料,采用Mann-Kendall检验法、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(IHA-RVA)以及水文改变度法综合评价了资水流域的水文情势改变程度。结果表明:资水流域桃江水文站的年均流量呈略微上升趋势,突变年份出现在1987年。通过对资水流域水文突变前后桃江水文站水文指标的分析可知:资水流域整体的水文改变度为22%,仅达到低度改变;32个IHA水文指标中,年最小值流量出现时间受影响最大。该研究可为资水流域生态水文情势的健康、可持续发展提供基础参考。

基于IHA-RVA法的湘江流域水文情势评价

水文情势变化是影响河流生态系统结构、功能的主要驱动力。为了研究湘江流域水文情势变化,选用湘江流域控制性水文站点湘潭站(1959-2016年)逐日流量数据,运用Mann-Kendall法、累积距平法以及滑动T检验法开展流量特征分析,对水文情势突变前后的水文指标进行割裂分析,采用生态水文指标变化范围法(IHA-RVA)以及水文改变度法综合评价湘江流域水文情势改变程度。结果表明:湘江流域年均流量呈增长趋势,趋势不明显;水文情势的突变年份出现在1991年。通过对湘江流域水文突变前后的水文指标分析,湘江整体水文改变度为36%,仅达到中度改变。其中,年最小流量的出现时间受影响最大,达到了100%。

基于中断时间序列分析和IHA-RVA法的水文情势综合评价

鉴于水利工程建设和运行会对河流生态要素产生干预,引入中断时间序列分析对河道流量过程进行影响分析,进而结合IHA-RVA法水文情势分析框架研究各水文指标的生态干预程度,并提出归一化斜率改变量的生态影响指标,最终依据TOPSIS法对IHA指标体系的水文改变度和归一化斜率改变量进行水文情势综合评价。通过清江干流水布垭电站实例计算表明,基于中断时间序列分析的1月流量、逆转次数等指标呈现了显著的生态干预影响;基于TOPSIS法的水文情势综合评价中的逆转次数和1月流量生态影响最大,11、12月流量生态影响最小。该研究弥补了基于IHA-RVA法单一水文改变度评价的不足,为河流生态干预分析提供了参考。

基于IHA-RVA法的东江源区生态水文情势变化分析

[目的]研究东江源区流域生态水文情势的变化,为明确流域生态修复目标和开展生态修复措施提供参考依据,为水利部水环境水生态监测试点工作顺利开展提供经验。[方法]选取江西省寻乌县的寻乌水背水文站和定南县的定南胜前水文站两个国家站1980—2020年的逐日流量数据,运用生态水文指标变化范围法(IHA-RVA)以及水文改变度法综合评价流域的水文情势改变程度。[结果]①东江源区整体水文改变度为50.1%,属中度改变,其中寻乌水影响大于定南水;②32个水文改变指标中,高低流量的频率及延时受影响最小,改变度为26.3%,属低改变;③流量变化率及概率最大61.5%,属中度改变,特别是最大1 d流量、变换次数、1月均值流量、5月均值流量等指标发生严重变异;④以鱼类资源变化响应分析验证,源区鱼类资源减少。[结论]水库运行对东江源区周边生态系统影响较大,亟需适时调控河流的流量,使区域经济与生态环境保护协调发展。

基于IHA-RVA法的隔河岩水库 下游水文情势分析

为定量评价隔河岩水库下游河流生态水文情势变化,选取隔河岩水库下游长阳水文站1951—2010年逐日流量数据,以非参数Mann-Kendall趋势检验进行流量趋势分析,应用Mann-Kendall突变检验、滑动t检验和有序聚类进行突变点分析,进而应用生态水文指标变化范围法(IHA-RVA)和水文改变度评价法综合评估隔河岩水库下游长阳河段生态水文情势变化。结果表明:长阳站年均径流呈不明显的下降趋势,并在2000年发生突变,其整体水文改变情况为58%的中度改变,而改变最为明显的指标为河流基流指数、年最小流量出现时间、低流量脉冲历时和逆转次数。该研究可为清江流域水生态保护提供参考。

基于IHA-RVA法分析汉江中下游水文情势变化

收集黄家港和皇庄水文站1954~2020年日均流量数据,分别以丹江口水库建成蓄水和南水北调中线工程通水为时间节点,将长序列资料分为三个研究时段,选用水文改变指标(IHA)和变化范围法(RVA),分析计算建库以及调水对汉江中下游水文情势的影响。结果表明:黄家港站整体水文改变度在丹江口水库建库后为53%,在调水后为64%,为中度改变,其中流量增减变化最为显著。水文情势的中度改变直接影响汉江中下游的水环境和水生态,有必要进行生态修复和生态调度措施。

基于IHA-RVA法的虎渡河董家垱水文站生态水文情势变化分析

采用IHA-RVA法对董家垱水文站生态水文过程变化进行评估,并结合保护性水产资源水域需求初步研判生态流量满足情况。结果表明:三峡水库运行后对河流的控制程度较大,整体水文改变度48%。对径流过程产生较大影响:极值流量减小,历时滞后,高通量次数增加。通过分析生态流量,结合以上水文节律的变化发现,三峡水库运行后董家垱生态水文过程变化对下游安乡段瓦氏黄颡鱼、翘嘴鱼等保护性水产资源繁殖产生不利影响,需进一步优化三峡水库的汛期初期调度,保证下游安乡段通流,为保护性水产资源提供良好的水域条件。

基于IHA-RVA法的渭河流域水文情势变化分析

选取渭河流域咸阳站1961—2015年的逐日流量数据,采用Mann-Kendall检验法和累积距平法分析流量演变规律,并基于水文改变指标的变化范围法对渭河流域的水文情势改变程度进行了综合评估。结果表明:咸阳站年均流量呈显著下降趋势,并在1977年发生突变。分析突变前后咸阳站水文指标可知:渭河流域整体水文改变度为29%,仅呈低度改变。

基于IHA-RVA法的沱沱河水沙变化及归因分析

近年来青藏高原暖湿化加剧了江河源区产汇流和侵蚀输沙过程的变化,而冰冻圈要素的变化使得该过程更加复杂。采用突变检验与IHA-RVA分析了沱沱河1986—2017年径流量和输沙量的变化程度,并基于PLS-PM结合其他环境因子对水沙通量的变化进行归因分析,结果表明:①沱沱河水沙通量于1998年突变后显著增加,整体改变度分别为71.2%和67.5%,为高度改变,表明气候变化对河源区水沙通量的影响不亚于人类活动对中下游的影响。②在气温与降水的驱动下,5~10月水沙通量显著增加,各月变化程度受到土壤、河道冻结程度以及植被变化的影响;年输沙量的变化由极端输沙事件的增加主导,降水量、冰川融水量和土壤解冻程度是主要影响因素。③寒区水沙过程受降水、冰川、土壤冻融及植被的综合影响,有待对其进一步研究以保障青藏高原生态屏障建设与周边区域的可持续发展。

近60年洞庭湖水位演变态势研究

辨析洞庭湖历史水位演变态势对保护湖泊生态系统健康运转以及确保长江中下游防洪安全和水资源利用均至关重要。为了定量评估洞庭湖近60年来水位变化特征、程度及规律,基于洞庭湖鹿角、杨柳潭和南咀水文站19612020年逐日水位监测数据,应用Mann-Kendall检验法、小波分析法、累积距平法、滑动t检验法等方法对洞庭湖水位变化趋势性、周期性、突变性进行分析,进而采用IHA-RVA法综合评价洞庭湖突变年前后各站点水位改变度和整体水位改变度。研究结果表明:(1)19612020年,鹿角站和杨柳潭站年均水位呈上升趋势,南咀站年均水位呈下降趋势;3个站点水位周期性变化较为明显,呈现4~5个时间尺度的周期变化规律,第一主周期为55~56年;鹿角站水位突变年份为1979、2003年,杨柳潭站水位突变年份为1978、2003年,南咀站水位突变年份为2003年,综合确定2003年为3个站点突变年份。(2)通过分析突变前后3个站点的水位、时间、频率、延时和改变率5组32个水位指标改变度,发现杨柳潭站水位改变度大于鹿角站和南咀站,鹿角、杨柳潭、南咀站的整体水位改变度分别为43%、48%、42%,均属于中度改变。该研究可为进一步解析洞庭湖水文情势演变规律以及为长江中下游通江湖泊水资源合理利用和水生态环境保护提供参考依据和数据支撑。

堵河中游生态水文情势变化分析

针对河道径流易受人类活动影响而导致生态水文情势发生变化的情况,本文利用竹山水文站1959~2020年的实测径流数据,采用IHA-RVA法评估潘口水库建库后对堵河中游生态水文情势的影响。结果表明:潘口水库运行后对河流的控制程度较大,整体水文改变度57.8%。对各月平均流量、年极值流量、流量变化改变率及频率三组参数的影响较为明显,需采取相关措施,减少水利工程对水文情势的影响,以维持河流生态系统健康可持续发展。

北江中游水库调度对水文情势的影响分析

利用水文变异指数(IHA)和变化范围法(RVA)分析了北江中游横石\飞来峡水文站1954~2022年的水文情势变化,并重点分析了飞来峡水库调度对北江低枯水的影响。结果表明:飞来峡水库的库容系数较小,对于较长时间尺度的径流过程无影响,但对于较短时间尺度径流过程有明显影响,流量过程变得“碎片化”,陡涨陡落,切换频繁,枯水期的影响更为显著。

闽江下游水文情势演变及其对压咸流量保证率的影响

针对近年来闽江下游河口自然水文情势发生变化致使咸潮上溯现象逐渐加剧的问题,选取闽江下游竹岐站1950~2018年逐日流量资料,采用Mann-Kendall法进行趋势和突变检验,确定1997年为径流突变年份。采用水文指标变化范围法(IHA/RVA)对突变前后两个时间序列1950~1996、1997~2018年的32个水文指标进行分析。结果发现除了低流量脉冲发生次数及历时和逆转次数为高度改变,其余指标均为中、低度改变,闽江下游水文整体改变度为38.16%,为中度改变。采用两种压咸流量方案对两个时间序列代表年进行保证率分析,其中方案1压咸流量过程的最小值及总需水量较方案2少,压咸流量保证率高。压咸流量保证率突变后较突变前整体增加,尤其是在枯水年,压咸流量保证率大幅增加,但同时存在丰水年压咸流量保证率下降的问题。说明水库的投入运行影响下游径流过程,可以改善枯水期下游河口地区咸潮入侵问题,但也使丰平枯各年的压咸流量保证率趋于一致。

基于IHA-RVA法三峡水库下游河流生态水文情势评价

水文情势变化是影响河流生态系统结构功能的主要驱动力。为了定量评价三峡水库下游河流生态水文情势变化,选取三峡水库下游宜昌水文站(1952～2014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(IHA-RVA)以及水文改变度法综合评价了三峡大坝下游宜昌江段生态水文情势变化及其对重要鱼类中华鲟和四大家鱼产卵繁殖影响。结果表明:(1)宜昌站年均流量总体呈现显著性减少趋势,突变年份出现在2003年,表明三峡水库对长江中下游河流水文影响显著;(2)通过对三峡水库蓄水前后宜昌站生态水文指标分析,宜昌水文站整体水文改变度为61%左右,属于中度改变,接近于高度改变;其中流量下降率和逆转次数受影响最为明显;(3)三峡水库蓄水运行在一定程度改变了下游河流生态水文情势,重要鱼类产卵场生境条件发生了改变,导致了长江中下游鱼类生物多样性呈下降趋势。该研究为长江上游河流生态保护以及开展水库生态调度提供了参考。

三峡水库蓄水20年以来宜昌水文站水文情势改变分析

三峡水库自2003年开展蓄水调度以来,已运行20 a,在防洪、发电、航运、水资源利用、生态环境保护等方面发挥了重要作用,但也对下游水文情势产生影响。选择宜昌水文站1950—2022年逐日径流和水位资料,采用MASH滑动平均法、Sen斜率估计法和IHA/RVA法量化评估三峡水库投运以来宜昌水文站水文情势改变程度。研究结果表明:宜昌水文站1—5月份滑动平均流量序列呈现显著上升趋势,9—11月份滑动平均流量序列呈现显著下降趋势,而6—12月份滑动平均水位呈现显著下降趋势;宜昌水文站合计有14个水文改变指标(IHA)发生了高度水文情势改变,整体综合改变度为63.52%,属于中度改变;三峡水库通过径流调蓄,显著增加了年最小流量组分的中值和流量折转次数,且减少年最大1 d流量的中值,进一步反映了三峡水库防洪兴利的综合效益。研究结果可为三峡水库水资源综合管理提供参考依据。