基于IHA/RVA法的修水流域上游大型水库影响下的枯水变异研究

根据水文变异指标法及变化范围法(IHA/RVA),对江西修水流域上游两个大型水库启用日期差异进行组合,定量计算、分析了水利工程影响下的修水流域上游枯水流量的时序变异特征,探讨了水利工程建设前后导致的水文变异程度,揭示了对河流生态系统至关重要的低流量范围内多个枯水情势高改变度的存在,为水库生态调度与河流生态保护提供了有益的参考。

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。

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。

基于多水文改变指标评价东江流域河流流态变化及其对生物多样性的影响

新丰江、枫树坝和白盆珠3座大型水库的建立对东江流域河道流量和河流流态过程有了较大改变,威胁河道下游生态系统的健康。基于广义指标生态剩余和生态赤字评价了东江流域受水库影响后流域生态需水需求目标总的盈余和缺失变化过程,基于IHA32指标计算的Do和DHRAM评价了水库对下游河段河流水文过程总的改变程度以及威胁河道生态系统健康的风险性大小,并进一步分析了对河道生物多样性的影响。研究结果如下:(1)水库对流量历时曲线(FDC)有显著影响,曲线上部下降,尾部上升,尤其体现在秋季和冬季。降水对年与夏季生态剩余影响较大,水库对各季节生态剩余和生态赤字均有较大影响:秋季和冬季生态赤字几乎为0,生态剩余显著增加。生态剩余和生态赤字与大部分IHA中32个指标具有很强的相关性,可作为衡量东江流域年和季节径流变化的生态指标。(2)龙川、河源、岭下和博罗4站点总体改变程度分别为58.48%、54.04%、54.32%和52.47%。河流流态变化导致总季节生态剩余增加并维持在较高水平,进一步引起河流生物多样性下降,并维持在较低水平。龙川和河源两站河流流态的变化对河流生态系统造成了高风险性影响,岭下和博罗两站则为中等风险。

丹江口水库运用对下游水文情势影响研究

为了分析丹江口水库建成投入运行以后对下游河道水文情势的影响,利用黄家港站、襄阳站和皇庄站1961～2000年日平均流量资料,采用水文变化指标法（IHA）和变化范围法（RVA）,定量分析了丹江口水库运用前后汉江中下游河道水文情势变化及改变程度。结果表明,在5组IHA水文指标中,除年极端流量发生时间变化不大以外,其他各组水文指标值均发生了较显著变化;黄家港站、襄阳站和皇庄站的整体水文改变度分别为中度、低度和中度改变,这对汉江中下游河道生态系统稳定性和生物多样性带来不利影响。研究成果为丹江口水库生态调度和汉江中下游河道生态修复提供了科学依据。

三峡水库对坝下河流水文情势影响研究

选取三峡水库下游宜昌水文站1950-2016年近70年的流量资料,采用Mann-Kendall法,分析宜昌水文站流量变化趋势。基于水文改变指标法（IHA）和变化范围法（RVA）评价三峡工程蓄水前后宜昌水文站32个IHA指标的水文改变程度,分析高度改变的水文指标,并基于32个IHA指标计算的水文改变度（D0）和DHRAM,分析三峡水库蓄水前后宜昌水文站整体水文情势变化,对宜昌站的水文改变程度进行定量评价。结果表明,在研究期间内,宜昌站年均流量呈减少趋势,在Mann-Kendall趋势检验中通过了95%的显著性检验,表明年均流量减少趋势显著;非汛期流量增加,汛期流量减少;年均最小流量和年均最大流量分别表现为增大和减少的趋势,年最小流量出现时间提前;低脉冲发生频率消失,高脉冲发生次数和历时略有下降;上升率和下降率均有减少趋势,逆转次数的水文改变度达到100%。通过DHRAM和D0计算后,水文情势整体为中度改变。

三峡水库运行对长江中下游水文情势的影响

为了定量评价人类活动对河道径流的影响,应用变化范围法(RVA法)评估了三峡水库运行后对长江中下游水文情势的影响。利用三峡水库以下6个水文站1961～1985年和2003～2008年的日均流量作为建库前后的资料进行IHA指标计算,分析了32个水文改变指标的中值及离差系数。结果表明,三峡水库运行后,在不同的丰枯水期,对长江中下游的影响程度是不同的,且影响分布沿河流流向逐渐减弱。总体来说,三峡水库运行对长江中下游的径流影响属于中度改变。

不同水库运行模式对黄河兰州站生态水文特征变异的影响

应用变化范围法(RVA)对黄河上游兰州站的生态水文特征变异进行分析。通过对比人类活动影响前和刘家峡单库运行、龙刘两库联合运行的RVA评价结果,深入剖析了兰州断面生态水文特征的改变情况以及关键影响因素。分析得知人类活动影响后较影响前的生态水文特征变异强烈,单库运行阶段的整体改变度为72.64%,联合调度阶段的整体改变度为78.90%,均属于高度改变。不同水库组成运行模式对黄河兰州断面水文情势的改变程度差异较大,龙刘两库联合运行后汛期流量的急减和高低流量逆转次数的剧增,将对黄河水生生物的生存环境产生影响,极大地危害水生物种的繁殖和生存。

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。

基于RVA法的河流生态需水量研究

以河流生态水文变化的指标体系(Indicator of Hydrologic Alteration,IHA)为基础,立足整体河流水文情势的流量谱系,采用变异性范围法(Range of Variability Approach,RVA),进行基于长系列历史流量资料的河流生态需水量估算,并以山西省5条较大河流的生态敏感断面为对象进行研究。结果表明,利用本方法估算的结果是合理的,可为河流生态需水量的估算和水资源的可持续开发利用提供科学依据。

黄土高原典型流域河川径流水文情势变化及其归因分析

[目的]分析黄土高原典型流域河川径流水文情势变化及其原因,为该区域水土保持与水资源高效利用提供科学支撑。[方法]选取渭河支流散渡河与无定河支流大理河为研究区,利用甘谷站和绥德站1965-2018年的气象水文资料,采用线性回归、Mann-Kendall检验、累积距平和双累积曲线法分析散渡河和大理河的径流变化特征及其驱动因素,采用改进的RVA法分析梯田和淤地坝为主的水土保持措施对不同河流水文情势变化的影响。[结果]两条河流的年径流量呈显著减少趋势(p<0.01),并在20世纪90年代前后发生突变。采用改进的变异性范围(RVA)法计算散渡河和大理河的径流综合改变度分别属高度改变(90.12%)和中度改变(60.66%),32个水文变化指标中,流量变化改变率指标受到的影响最为显著。[结论]以梯田措施为主的散渡河月中值流量和年最小流量均大幅减小,年最小流量发生时间明显延迟且低流量脉冲历时增加。以坝库工程为主的大理河月中值流量受季节变化影响,年最小1 d和3 d流量增加且低流量脉冲次数减小。

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。

梯级电站运行下拉萨河干流水文情势变异及归因分析

梯级水电站不同的调度模式对河流水文情势产生的影响存在差异。为了定量分析拉萨河干流梯级水电站不同调度模式对水文情势变化的影响,采用水文变异指标法及变化范围法(IHA-RVA),综合评价了旁多、唐加和拉萨3个水文站32项水文情势指标的改变度及综合改变度。结果表明:常规调度模式下,3站的水文情势发生了轻度改变,综合改变度分别为0.17、0.21和0.20;电力调度模式下,3站的综合改变度分别为0.50、0.54和0.48,属于中度改变。采用多系列贡献率分割法,研究了天然径流量变化、河道外引水退水以及梯级电站调度运行3因素对月均径流改变的贡献率。研究表明:常规调度模式下,3因素对拉萨水文站月均流量改变度的贡献率分别为0.81、0.02和0.17,主导因素为天然径流量变化;电力调度模式下,3因素的贡献率分别为0.56、0.06和0.38,梯级电站调度运行因素的贡献率显著提高,电力调度下梯级电站调度运行对拉萨水文站月均流量改变度的贡献率比常规调度提高了124%。

丰满水电站坝下河段生态水文特性分析

根据研究区域特点以及鱼类主要产卵场分布情况,选取丰满、吉林和松花江三个水文站作为代表来分析丰满大坝下游河道的生态水文特性。分析IHA的5大类32个生态水文指标在研究区域时空变化特性,结果显示大多数指标具有沿程增加的趋势和基本相同的逐年变化趋势。进一步分析产卵期影响产漂流性卵鱼类繁殖的涨水指标(有效涨水过程数、总有效涨水持续时间、断面初始流量、流量的日增长率、前后两个洪峰过程的间隔时间),结果表明:(1)通过丰满与永庆水库联合生态调度,可改善下游产卵场江段的水文条件;(2)丰满、吉林和松花江站的断面初始流量和流量的日增长率指标差别不大,逐年变化趋势一致;(3)比较有效涨水过程数和总有效涨水持续时间指标发现,松花江站明显比其他两站大,比较前后两个洪峰过程的间隔时间指标发现,松花江站变化更加稳定。研究结果为大坝河段的生态研究提供参考。

基于MK-RVA的拉林河流域水文情势评估

在研究确定合适的时间节点后,利用RVA法对河流的水文情势改变程度进行评价,以期为水资源保护和流域规划提供技术参考。基于Mann-Kendall法确定拉林河发生很大变化的时间节点,然后运用IHA-RVA法评价河流水文情势的改变度。评价结果表明:平水期和丰水期的月均径流量减少;小流量增加、大流量减少;低流量谷底数和高流量洪峰数均呈增长趋势,高、低流量持续时间均呈现减小趋势;流量连续增减率在降低。这些现象表明拉林河削峰补枯、水量均化现象较为明显。33个指标中有6个发生了高度改变、13个发生中度改变,水文情势整体改变度为中度。拉林河流域有著名的五常大米基地,水田的开发会导致水资源利用程度加大,影响水文情势的合理变化,采用MK-RVA法能够科学合理地反映实际情况。因此,该研究成果对流域的综合规划和农业的合理发展具有参考作用。

日调节水电站对水文情势的再调节作用研究——以尼那—拉西瓦为例

为明确日调节水电站对水文情势的再调节作用,文中根据贵德站1954-2020年逐日径流资料,采用水文变异诊断系统及水文指标变化范围法(IHA-RVA)对比分析多年调节能力和日调节能力水电站(龙羊峡水电站及尼那和拉西瓦水电站)对水文情势及生态影响。结果显示:贵德站年径流序列在1986年发生显著突变;龙羊峡(具有多年调节能力的控制性水电站)运行后,水文情势整体改变度为88.51%,其中28个指标发生了高度改变;日调节水电站(尼那和拉西瓦)的叠加运行后,水文情势整体改变度下降为75.24%,其中高度改变的水文指标下降至15个。结果表明日调节水电站(尼那和拉西瓦)发挥了显著的再调节作用,降低了龙羊峡对汛期月径流、极端流量等指标的影响,使径流整体更加趋近于天然时期,但流量的变化更加频繁,并且程度加剧。

三峡水库运行对长江荆南三口水文和生态的影响

基于1990—2014年荆南三口五站实测原型日流量水文序列,采用Mann-Kendall法、累积距平法检验分析其水文特征与变化趋势,并应用生态水文变化指标体系和变化范围法评估分析了三峡水库运行对荆南三口河流33项生态水文指标变化的影响.结果表明:1990—2014年,三口年平均流量呈现显著减少趋势(P<0.05),减小率为19%,拐点年份出现在2003年,2003年前荆南三口年平均流量为1981.1 m^3·s^(-1),2003年以后的年平均流量为1603.25m^3·s^(-1),前后相差377.85 m^3·s^(-1).1—4月的平均流量明显增加,偏离度分别为1.58、1.86、0.83、0.62;5月下旬至6月上旬明显增加;7、8月有较小程度的减少,偏离度分别为-0.12、-0.10;蓄水期(10月)显著减少,偏离度达-0.40.年极小值流量均有较高程度的改变,年极大值流量中仅1、3 d年均极大值流量有中等程度改变,其他年极大值流量改变程度低.低流量过程改变程度高,而高流量过程改变程度低.

三峡-葛洲坝梯级水库调度对坝下河流的生态水文影响

本文以1901-2002年宜昌水文站日流量作为三峡水库的入库流量,模拟三峡-葛洲坝梯级水库正常运行后的泄流过程,采用水文变化指标法和变化范围法,评估调度对葛洲坝下游河流33项生态水文指标的影响。研究表明:梯级水库运行将坝下河流月均流量在10月份显著降低、5月和6月上旬明显增加、1～3月份普遍增至5000m3/s左右;年极小流量均有较大改变,而大部分年极大流量改变较小,仅年1日、3日平均极大流量有中等程度改变;低流量的谷底数和持续时间改变较大,而高流量过程改变小;年均日间涨、落水率有中等程度改变,年涨落水次数变化较小。另外,还分析了调度可能造成的生态效应,讨论了发电调度、动态汛限水位和蓄水时机调整对水文情势的影响。