基于未来降雨的水库实时优化调度研究

为了充分利用未来降雨信息指导水库调度,构建了以最大削峰为目标的水库实时调度模型,提出了一种考虑未来降雨信息的水库优化调度方法,基于水箱模型利用24 h降雨量预报信息预测入库流量并建立每个时段的泄洪指标求解模型。以山美水库防洪调度为例进行研究,与降雨启发信息优化调度方法进行比较,结果表明,此优化调度方法在目标函数上表现更好,与利用洪水预报的优化调度方法效果相近,能较好地解决来水不确定性的问题。

阔叶混交林与杉木萌芽林的净生产力及水源涵养能力比较

[目的]分析福建省泉州市山美水库库区9年生阔叶混交林及杉木萌芽林的净生产力和水源涵养功能,为其水源涵养林的改造提供参考。[方法]设置标准样地,调查山美水库库区9年生闽粤栲×台湾相思×火力楠阔叶混交林及杉木萌芽林林分生长量、生物量及年净生产力,并测定生态系统各组分水源涵养能力。[结果]阔叶混交林乔木层生物量、年净生产力以及地上部分总生物量、最大持水量和排水能力分别比杉木萌芽林显著提高22.44%、14.73%、18.01%、18.21%和17.45%。阔叶混交林的土壤持水指标优于杉木萌芽林,其中0~40 cm土层土壤的最大持水量和排水能力分别比杉木萌芽林显著提高17.21%和19.85%。阔叶混交林林分最大持水量和排水能力分别比杉木萌芽林显著提高17.23%和19.80%。[结论]闽粤栲×台湾相思×火力楠阔叶混交林可有效提升林分净生产力和水源涵养功能,该混交模式可在水源涵养林改造提升工程中推广应用。

山美水库两种入侵罗非鱼繁殖生物学比较

为比较山美水库两种入侵齐氏罗非鱼(Coptodon zillii)和伽利略罗非鱼(Sarotherodon galilaeus)种群的繁殖生物学特征,于2021年3—10月份在山美水库逐月采样,分析了繁殖时间、性比、绝对繁殖力、相对繁殖力和成熟卵径等特征。结果表明,两种罗非鱼均于4月份开始繁殖,齐氏罗非鱼繁殖高峰为7月,10月结束繁殖;伽利略罗非鱼繁殖高峰为6月,9月结束繁殖。齐氏罗非鱼平均绝对繁殖力为(4009.85±1305.69)粒、平均体重相对繁殖力为(67.32±15.63)粒/g、平均体长相对繁殖力为(31.31±5.03)粒/mm;伽利略罗非鱼平均绝对繁殖力为(1701.85±591.29)粒、平均体重相对繁殖力为(6.46±0.87)粒/g、平均体长相对繁殖力为(8.22±2.33)粒/mm;齐氏罗非鱼的绝对繁殖力、体重相对繁殖力和体长相对繁殖力均显著高于伽利略罗非鱼,平均成熟卵径则显著小于伽利略罗非鱼。齐氏罗非鱼和伽利略罗非鱼繁殖群体的雌雄性比分别为1.59和1.83,两个种群的雌雄性比无显著差异,但均显著偏离1﹕1。研究表明两种共同入侵的罗非鱼种群具有不同的繁殖策略,这是其成为优势鱼类类群的关键因素,研究结果可为山美水库两种共同入侵罗非鱼种群的控制提供科学依据。

山美水库沉积物重金属污染状况及风险评价

为了解泉州市山美水库沉积物重金属空间分布及污染水平,采用电离子耦合法（ICP-MS）测定了库区20个采样点不同分层的67个沉积物样品的w（As）、w（Zn）、w（Cd）、w（Pb）、w（Cu）、w（Cr）,并采用地累积指数法和潜在生态危害指数法进行了库区重金属污染程度及生态风险的评价.结果表明,Cd是山美水库最主要的重金属污染物,不同分区分层w（Cd）平均值为0.24～0.49 mg/kg,受人为活动影响较大.不同分区w（Cd）存在差异,污染层的Ⅰ区、Ⅱ区显著高于Ⅲ区（P〈0.05）.Pb和Cu虽有累积但污染情况较轻.重金属污染来源主要为入库河流承接的沿程生活、工业及农业污染物,部分来源为周边村庄的生活及农业污染物.地累积指数法评价结果显示,山美水库各重金属元素的平均污染程度由强到弱依次为Cd（轻度污染）〉Cu（清洁）〉Pb（清洁）〉As（清洁）〉Zn（清洁）〉Cr（清洁）.潜在生态风险结果显示,6种元素中,Cd的生态风险为＂强＂,其他重金属则是低或无生态风险.研究显示,在开展底泥疏浚工作中,疏浚深度的确定应综合考虑沉积物氮、磷及重金属污染状况,并需在底泥堆场采取防渗措施避免重金属对土壤及地下水产生二次污染.

福建泉州山美水库翘嘴红鲌(Erythroculter ilishaeformis)生长特性、资源评估与合理利用

随机从福建泉州山美水库2002年4月—2003年5月的翘嘴红鲌(Erythroculter ilishaeformis)渔获物中获取340尾样本,以鳞片为年龄鉴定材料,获得年龄生长资料,建立生长方程和Beverton-Holt模型对山美水库翘嘴红鲌资源进行评估,为制定合理的捕捞年龄和捕捞规格提供科学依据。结果表明,山美水库翘嘴红鲌体重范围是0.035—4.12kg,体长范围是15.6—73.5cm,其中体长20.1—60.0cm的样本占93.57%,且为2+—3+龄。本文给出了该鱼类体长与体重的关系式、体长与鳞径的关系式以及相关的von Bertalanffy方程。山美水库翘嘴红鲌生长拐点为10.4龄,山美水库现有资源量为10.164t,合理开捕年龄为6龄。

山美水库流域沉积物中重金属污染现状评价

利用地积累指数法和潜在生态风险指数法,对泉州市山美水库流域沉积物中重金属污染进行评价.结果表明,山美水库流域沉积物中主要重金属污染物是Cu,Pb,Zn,Cd;从总体的污染程度分析,重金属污染物的污染程度从大到小排列次序为Cd(偏中度污染),Pb(轻度污染),Zn(轻度污染),Cu(无污染);从重金属污染物生态风险程度分析,重金属污染物构成生态风险程度均属于轻度,从大到小的排列次序为Cd,Pb,Cu,Zn;山美水库流域沉积物中重金属污染程度总体上属于轻度污染,但是其桃溪下游、湖洋溪上游、水库入库口的重金属污染较为严重.

山美水库集水区径流模拟的日尺度SWAT模型

以晋江山美水库集水区为研究区，探讨了SWAT模型在东南沿海径流模拟的适用性，利用该区域的逐日水文气象数据、DEM数据、土壤类型和土地利用等资料建立了日尺度径流模拟SWAT模型，选用2000年--2005年为模型参数的率定期，Ens和R2均达到0．89，2006年--2010年为检验期，Ens=0．87，R2=0．88。结果表明SWAT模型能较好反映区内日径流水文过程，在东南沿海具有良好适应性。在国内日径流模拟研究区中，模拟效率属前列，模拟效率的年际变化表现为丰水年和平水年优于枯水年。

山美水库综合水质标识指数评价

根据2004-2006年监测数据,运用综合水质标识指数对山美水库水质进行评价.结果表明,山美水库主要污染因子的污染程度大小排列次序:总氮(TN)>总磷(TP)>粪大肠菌群>高锰酸盐指数(CODMn)>溶解氧(DO)>NH4+-N>5日生物耗氧量(BOD5);山美水库水质总体达Ⅱ类水标准,满足水体功能区Ⅱ类水目标,但主要污染因子中有TN,TP,粪大肠菌群等3项水质指标超标,尤其是TN严重超标,达到地表水标准劣Ⅴ类;而TP和粪大肠菌群达到地表水标准Ⅲ类;总的来说,TN的严重超标,TP含量的逐年上升,表明水库富营养化趋势明显.

山美水库流域表层沉积物中DDTs农药的残留特征及风险评估

利用GC—ECD检测了山美水库流域表层沉积物中DDTs农药含量，分析了其残留与组成特征及生态风险。结果表明，表层沉积物中DDTs平均含量为4．07ng／g，其含量范围为0．96～8．20ng／g；DDTs含量大小顺序为桃溪与湖洋溪汇流（8．20ng／g）〉湖洋溪（4．67ng／g）〉桃溪（4．59ng／g）〉山美水库（1．96ng／g）。表层沉积物中新的DDTs输入量比较少；沉积物中DDTs主要来自于早期残留或是施用农药长期风化后的土壤；大多数采样点DDTs发生好氧生物降解，降解产物以DDE为主。对照Ingersoll风险评估标准，表层沉积物中DDTs农药残留具有较高的生态风险。

泉州市山美水库水资源风险管理研究

本研究以泉州市山美水库为研究对象,考虑来水和需水等不确定性因素对水库水资源风险管理的影响,基于供用水系统风险理论计算出旬尺度的山美水库最下限库水位线,提出山美水库水资源风险管理方案,并与实际水位调控进行对比分析.结果显示:山美水库现状库水位全年维持在较高的水平,可结合本次计算得到的山美水库水资源风险管理方案适当降低现状库水位,随着未来综合需水量的增加再考虑逐步抬高库水位,从而提高山美水库综合利用效益.

山美水库流域氮素流失的时间过程及影响因素

通过构建山美水库流域SWAT 模型, 对日场次暴雨过程中流域出口氮素负荷和浓度过程随降雨、径流的变化特征进行了模拟, 并采用线性相关分析, 对不同降雨条件下的产流与氮素流失的相关性进行研究.结果发现, 山美水库流域产流过程表现出明显的滞后效应, 径流峰值以滞后于降雨峰值1 d 为主要特征; 氮素流失量变化特征与降雨、径流变化特征基本一致, 但TN 负荷峰值大多滞后于降雨峰值1- 2 d, TN 浓度过程基本与降雨过程相反; 不同等级降雨条件下, 氮素流失量随着雨强的增加而增大, 流域出口径流与T N 负荷呈显著线性相关, 径流是氮素流失变化的主导因子.

山美水库集水区植被恢复效应的SWAT模拟

库区流域水土流失是水库淤积的主要因素。应用基于SWAT构建的晋江东溪流域产流产沙模型,在对东溪上游山美水库集水区内的土壤侵蚀空间分布,以及不同土地利用方式的水土流失状况进行分析的基础上,模拟了库区不同植被恢复情景下的水文效应。结果表明,山美水库泥沙主要来自桃溪,研究区土壤侵蚀以微度和轻度侵蚀为主,耕地的土壤侵蚀最为严重;退耕还林还草减沙效果明显。

基于分形理论的山美水库流域土地利用结构变化研究

基于山美水库流域1985与2006年两期土地利用TM遥感解译数据,在GIS技术的支持下,构建土地利用结构变化的周长—面积分形模型,计算得出了1985—2006年山美水库流域各种用地类型分形维数与稳定性指数的变化量,并分析了土地利用空间格局的变化。结果表明,山美水库流域整体的土地利用分形维数从1985年的1.292增加到2006年的1.381,整体上的土地利用空间结构变得更复杂、更不规整;耕地与园地的分形维数减小,其余用地类型均增加。山美水库流域整体的土地利用稳定性指数从1985年的0.208减少到2006年的0.119,整体的土地利用空间结构趋于不稳定;耕地、园地、水域的空间结构变得更稳定,其余用地类型均趋于不稳定。1985—2006年由于人类活动对建设用地的干扰较为强烈等原因,流域建设用地与水域的分形维数增加量最大,土地使用的无序性增强最突出,今后应重点加强对山美水库流域建设用地与水域的有序利用规划管理。

基于GIS的山美水库水源涵养林区立地类型分类制图

在结合南安市山美水库库周水源涵养林地形、土壤和植被类型实地调查的基础上,利用遥感影像图、二类森林资源调查数据及地形图,分析该区域立地条件的异质性。根据立地分类主导因子原则和科学实用原则,选取海拔、坡向、坡度等为主导因子,将山美水库山美工区水源涵养林立地类型划分为2个立地类型小区,4个立地类型组,8个立地类型。同时利用GIS编制山美工区水源涵养林立地类型图,为构建树种配置合理的异龄复层混交水涵林提供参考。

山美水库防洪优化调度的应用研究

在深入分析山美水库与晋江下游水文特性的基础上，结合水库主体工程现状及水库下游的社会经济分布状况，在不改变主体工程的条件下，通过防洪优化调度，使得满足下游防洪要求所需的防洪库容最小，并最大限度地提高汛期限制水位，从而增加发电量和对下游的供水量。

基于CMIP5和SWAT的山美水库流域未来蓝绿水时空变化特征

基于山美水库流域1991-2010的实测气象数据,选取CMIP5中2个气候模式(HadGEM2-ES、NoerESM1-M)和2种典型浓度路径(RCP4.5、RCP8.5),对21世纪近期(2031-2050年)、中期(2051-2070年)、远期(2071-2090年)3个时期的日降水、气温数据进行统计降尺度处理;在此基础上,利用SWAT模型对山美水库流域基准期和未来3个时期的蓝水、绿水资源的时空分布特征进行模拟,评估流域未来60年气候变化对蓝绿水资源的影响。结果表明:山美水库流域未来60年预估年均降水量变化幅度为-0.43%~7.16%,平均气温增加约1.72~5.43℃,相较基准期,未来2个气候模式在2种RCP浓度路径下的蓝水资源量约减少12.81%~35.28%,绿水资源量上升约28.45%~36.12%;不同气候情景下流域蓝水、绿水资源变化率呈现出一定的相似性,上游地区均大于下游地区;降雨是蓝水资源时空分布的关键,而农用地分布则直接影响绿水资源的空间分异特征。

山美水库大坝安全监控系统

通过对山美水库大坝设计、施工、运行及监测资料分析,确定了水库大坝安全监测方案,建立了山美水库大坝安全判别体系及监控指标;在此基础上,采用先进的电子技术、网络通信技术、计算机技术和数据管理技术,开发山美水库大坝安全监控系统。系统可实时综合分析大坝安全运行性态,评定大坝安全类别,对大坝安全隐患自动进行预警。

福建山美水库浮游动物群落结构时空特征及其影响因子分析

山美水库既是福建省泉州市饮用水源地,也肩负着为台湾省金门县供水的功能,但春夏季过高的pH值影响了水库水质.为此,从2020年起,调整水库鱼类放养结构和捕捞策略,并研究鱼类群落调控后山美水库浮游动物群落结构的响应及其与环境因子的关系.本研究于2020年和2021年连续两年的1月(冬季)、4月(春季)、7月(夏季)、10月(秋季)调查山美水库21个采样点的浮游动物群落结构和水环境因子.结果共鉴定出浮游动物68属102种,其中轮虫21属41种(40.20%),原生动物32属41种(40.20%),枝角类8属13种(12.75%),桡足类7属7种(6.86%).2020—2021年山美水库浮游动物平均密度为(1443.05±360.02)ind./L,平均生物量为(1.21±0.27)mg/L,2021年浮游动物密度和生物量显著高于2020年,其中,2021年枝角类和桡足类的密度分别显著高于2020年枝角类和桡足类的密度,2021年库首、库中和库尾区域枝角类生物量显著高于2020年对应区域;2021年桡足类生物量显著高于2020年.春冬季浮游动物群落的优势种主要为原生动物,夏秋季浮游动物群落的优势种主要为轮虫.根据浮游动物密度和生物量评价水体营养状态,夏季山美水库处于中营养状态,春、秋和冬季处于贫营养状态.影响浮游动物群落结构分布的主要环境因子为电导率、水温、溶解氧、硝态氮、透明度和高锰酸盐指数.研究表明调整鱼类放养和捕捞措施提高了浮游动物密度和生物量,基于此提出了通过调整鱼类群落结构改变浮游动物群落结构,进而改善水环境的建议,可为湖泊水库水环境保护和水生生物资源高效利用提供科学依据.

基于AnnAGNPS模型的山美水库流域非点源氮控制研究

探索研究流域非点源氮污染控制的有效措施,对于治理改善水环境恶化具有重要的现实和长远意义。以山美水库流域为研究区域,建立AnnAGNPS氮污染模型,通过情景模拟技术分别模拟了河岸缓冲带、适量施肥、免耕、少耕、梯田和退耕还林等最佳管理措施的非点源氮污染削减效率。结果表明:(1)梯田与退耕还林对氮的削减率较高,均高于15%;免耕较低,为13%;少耕、合理施肥、河岸缓冲带削减效果有限,低于10%。(2)河岸缓冲带、少耕、免耕、梯田等措施的总氮削减率在不同月份的变化趋势与泥沙削减变化趋势一致,在7月和8月有较高的削减率;合理施肥与退耕还林的总氮削减率则与流域施肥状况相关性更高,在2—4月份有较高的削减率,因此山美水库流域水环境改善应结合非点源氮污染治理和流域水土流失治理。

山美水库流域极端降水时空变化及非平稳性特征

为探究极端降水的时空变化及其非平稳性特征,基于1972—2010年山美水库流域8个降水站点逐日降水数据,选取9个极端降水指数,利用Pre-Whitening Mann-Kendall(P-WM-K)方法分析流域极端降水的时空变化特征,并采用广义可加模型(generalized additive models for location,scale and shape,GAMLSS)检测极端降水的非平稳性特征。结果表明:在时间变化趋势上,极端降水频率指数中雨日数R_(10mm)和大雨日数R_(25mm)呈下降趋势,暴雨日数R_(50mm)呈上升趋势,且上升趋势达到0.05显著性水平;除降水总量P _(RCPTOT)外,其余强度指数呈上升趋势,且均达到0.05显著性水平,其中极端降水量R_(95p)线性倾向率达到30.5 mm/(10 a);在空间差异上,R_(50mm)和极端降水强度指数在流域东南部呈现上升趋势,且上升趋势显著,西北部P_(RCPTOT)下降较明显;R_(10mm)和R_(25mm)呈平稳特征,R_(50mm)全流域约50%的站点呈现非平稳特征,且以均值非平稳为主,除P_(RCPTOT)外,其余强度指数均以非平稳特征为主,且主要表现为均值非平稳。未来山美水库流域极端降水量和不确定性增加,灾害风险增大。