基于RVA法喀斯特流域水库水文特征变化分析——以红枫湖为例

由于贵州喀斯特地貌发育显著,导致水资源分布不均,各类用水无法得到充分保障。根据统计数据,贵州目前拥有大约2000座水库,其中大部分水库已从发电和防洪功能转变为主要以供水为目的,其次兼顾发电和防洪。研究以贵州红枫湖水库为研究区域,采用被广泛应用于水库水文特征变化评估的变异性范围法(Range of Variability Approach,RVA),对其进行分析。根据主要水文信息,从流速变化幅度、持续时间、频次、历时性和变化率等多个角度,分析了33个关键生态价值参数的水文情势变化规律。水文情势的变化规律是影响河流流域生态系统结构和功能变化的重要驱动因素。综合分析国际水文演变指数(IHA)的基础上,定量分析了喀斯特流域水库水文情势特征的变化规律,为流域规划决策提供了数据和理论基础。

基于不同改进RVA法的水利工程对清江流域生态水文情势综合影响分析

科学评估水文情势是开展河流生态环境健康评价的重要组成部分。采用IHA指标定量评估了清江流域水利工程建设期和运行期高坝洲站的水文指标改变度,在分析5组不同IHA指标的变化规律的基础上,通过选用基于内梅罗指数法的RVA法、基于欧氏距离法的RVA法和考虑综合权重的RVA法三种不同的RVA法分析了清江流域整体水文情势改变情况。结果表明,工程建设期和综合利用期三种方法对清江流域水文情势分析结果分别为中度改变和高度改变,且清江流域水文情势改变度有增大趋势,考虑综合权重的RVA法评价结果与其他两种方法评价结果相近且具有合理性,能较好地体现清江流域水利工程建设后河流水文情势变化情况。

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。

基于改进RVA法的水利工程对塔里木河生态水文情势影响评估

采用水文变异指标及变化范围法(IHA/RVA)定量评估塔里木河上游水库运行后,干流代表站的水文指标改变程度及其生态影响。研究结果表明:水库运行导致塔里木河干流水文情势发生高度改变,改变度高达60%以上;指标体系中3月和6月平均流量,最小1 d和3 d流量、最大30 d和90 d流量,年发生低流量次数及逆转次数等指标发生严重变异。水库运行对塔里木河周边生态系统影响较大,迫切需要对河流的流量进行适时调控,实现区域经济和生态环境保护的协调发展。

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。

生态条件及栽培方式对稻米RVA谱特性及蛋白质含量的影响

为明确稻米淀粉及蛋白质品质与生态条件、栽培方式及其互作的关系,采用随机区组多点试验设计,研究了秧龄和移栽方式对四川不同生态条件下稻米淀粉RVA谱特性和蛋白质含量的影响。结果表明,生态条件、栽培方式及两者互作效应均对稻米淀粉RVA谱特征值有极显著影响。海拔高度与峰值黏度、回复值和糊化温度显著负相关;随灌浆结实期日均温度和日照时数降低,峰值黏度、热浆黏度和冷胶黏度均显著降低。秧龄和移栽方式的改变,均导致淀粉RVA谱特性的变化。秧龄不同,除糊化温度外,峰值黏度、热浆黏度和冷胶黏度等7项RVA谱特征值间存在明显差异,且峰值黏度和冷胶黏度均随秧龄的减小而降低。移栽方式不同,淀粉RVA谱特性也存在差异,单苗优化定抛处理的峰值黏度、热浆黏度和冷胶黏度均低于双苗手插处理。除糊化温度外,峰值黏度等7项特征值的互作效应均达极显著水平。通过变异系数可看出,生态条件和栽培方式对崩解值的影响最大,消减值次之,对峰值时间和糊化温度的影响最小。此外,籽粒蛋白质含量同样受生态条件影响,其与海拔高度呈显著正相关,与灌浆结实期日均温度和日照时数呈负相关关系。

基于PP-RVA法的水电站下游河流水文情势评价

基于对5类33个水文变异指标与生态系统之间的响应关系分析,针对目前常用的变化范围法(RVA法)存在容易忽略低度、中度改变指标,且难以区分各项指标相对重要程度的不足,提出基于投影寻踪聚类模型的改进RVA法(PP-RVA法),对河流水文情势的整体变异度进行评价。以湖南省的刘家坪水电站为例,依据其厂房下游河道的实测径流资料,计算得到建库前后其水文情势的整体变异度为83. 21%,属于高度改变,同时可知5月平均流量、高流量数、最小7 d流量对水文情势改变的影响最大。评价结果更加贴合河道整体信息和指标变异度的分布特征,符合客观实际,表明刘家坪电站当前的运行方式对下游河道的生态系统影响较大,迫切需要开展生态调度实践,实现区域经济和生态环境保护的协调发展。

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。

基于RVA法的河流生态基流过程研究

针对我国目前生态需水量研究难以反映河流水文情势自然涨落变化的问题,从河流水文情势的整体角度出发,采用IHA法分析了金沙江上游岗托至巴塘河段的天然水文情势特征,得到了该河段各指标的RVA阈值范围。在总结前人研究的基础上,对计算河流生态基流量的RVA法进行了改进,提出非汛期、汛前期和汛后期采用RVA目标差值的75%推荐河流生态基流量,主汛期采用RVA目标差值的50%推荐河流生态基流量。采用改进的RVA法计算了金沙江上游巴塘断面的生态基流过程,得到巴塘断面各月的生态基流量分别为39.5 m^3/s、42.5 m^3/s、33.0 m^3/s、74.2 m^3/s、124.4m^3/s、259.3 m^3/s、394.0 m^3/s、581.0 m^3/s、493.5 m^3/s、259.7 m^3/s、131.1 m^3/s、71.0 m^3/s,占相应多年月均流量的比例范围为14.0%~32.9%,并与Tennant法的结果进行了对比分析。结果表明,该方法能够更好地反映金沙江上游天然河流水文情势的动态变化特征,可为金沙江上游水电开发生态保护提供技术参考。

基于情景分析和RVA法的梯级开发对水文情势的影响

以我国R河为例,运用情景分析和变化范围法RVA,计算了现状开发状态、高级开发状态情景下梯级开发对河流水文情势的改变度,探讨了R河不同梯级开发等级对水文情势的影响。结果表明:随着梯级开发等级的提高,梯级开发对R河水文情势的综合改变度有上升趋势,但不同指标的变化趋势不尽相同;高低流量频率及延时、流量变化改变率及频率指标的综合改变度为高度改变,其他组指标综合改变度为中度改变;综合评估梯级开发对R河天然水文情势的影响为中度改变。

基于RVA法和生态功能的河流生态需水量估计

鉴于河流维持正常的生态功能需要必要的水量做支撑,通过RVA法建立IHA指标体系,并对基于生态功能的河流生态需水量计算方法进行改进,以有效去除重复水量的计算,进而运用RVA方法将基于生态功能的总水量进行全年分配,估计出多沙河流月平均生态需水量。对渭河干流的月平均生态需水量的估计结果表明,该方法合理、有效,能为渭河的生态改善和调水工程提供一定的决策指导。

结合RVA法建立天然径流量还原计算的BP神经网络模型

鉴于烟台市水资源短缺,为了更加合理地开发利用水资源,在建立RVA模型评估烟台大沽夹河流域水利工程对水文情势影响的基础上,结合BP神经网络方法对大沽夹河流域径流量进行没有水利工程影响的天然径流量的还原计算。结果表明:(1)水库等水利工程建设后,使天然径流发生了显著的改变,其中月流量改变度在0.3～0.7之间较多,极限日最大最小平均流量改变度在0.3～0.6之间,属中度改变。(2)对RVA法所得结果进行分析,建立大沽夹河流域天然径流量还原计算的BP神经网络模型,通过模型的建立对天然径流量进行还原计算,结合烟台水资源评价提供的实测值进行误差对比,发现构建的BP神经网络模型可行与方便,可以为水利水电工程建设与该地区水资源合理开发利用提供科学依据。

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。

RVA日本大米品质分析法研究陈化对大米糊化特性的影响

快速黏度仪广泛应用于大米淀粉糊化特性的研究。对于质量相近的大米试样,RVA日本大米糊化特性评价法具有更好的优势。本文应用该方法将粳米、籼米及糯米在4、25和36℃下分别贮藏0、1、3和6月后通过快速黏度仪研究其糊化特性。在贮藏过程中大米发生代谢活动,加上脱支酶等引起的酶促反应,使其直链淀粉含量增加而支链淀粉含量减少,从而改变了直链淀粉/支链淀粉比例,因此,在加热-保持-冷却测试过程中反映出的峰值黏度、保持黏度、衰减值、最终黏度及回生值出现增加,同时,由于陈化后水分子进入淀粉颗粒所需能量减少使得糊化温度与峰值时间有所降低。另外,由于陈化使大米组织结构发生变化及大米淀粉微晶束产生改变等物理过程,加上不同种类大米的蛋白质及淀粉等组分受陈化温度与陈化时间的影响不同,使其淀粉糊化特性上的各个特性指标表现出明显的时间与温度依赖性。

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。

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RVA法的沙颍河周口段水文情势评价

沙颍河周口闸的建成运行,使得下游河流水文情势发生较大改变,对其水生态系统结构功能产生了显著影响。为定量评价周口段的水文情势变化,选取周口水文站1951-2016年的日径流资料,采用RVA法评估水闸建成前后33个水文指标的改变度及其生态影响。结果表明:(1)1975年后,人类活动尤其是周口闸的运行对沙颍河干流水文情势影响加剧,月均流量均呈明显下降趋势,河道内多次出现断流情况;(2)周口站的整体水文改变度为42.23%,属于中度改变,其中11月月均流量、最小1d流量出现时间和流量下降率受到的影响最为强烈,为高度改变;(3)沙颍河流域水资源供需矛盾突出,水闸的运行调度对水生态系统的稳定性产生不利影响,迫切需要对沙颍河进行生态修复,对河流流量适时调整,实现区域经济和水生态系统协调发展。

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RVA法和PCA法评估三座店水库对下游径流的影响

基于初头朗水文站1971-2016年的逐日平均流量资料,运用变化范围法(RVA)较为全面地评估三座店水库对河道径流水文情势的影响。由于众多水文指标间存在相关性,采用主成分分析法(PCA)筛选了33个指标中最相关的3个水文指标,6月均值、最小30日平均流量、零流量天数进行分析。三座店水库建库后导致6月均值下降了68%,水文改变度为41%;最小30日平均流量下降了88.48%,水文改变度为48%;零流量天数增加了3191%,水文改变度为62%。下游流量整体呈现逐步降低趋势,人类活动对河流水文情势改变为中度改变。