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。

全值域有定义的对数紊流流速分布公式研究

目前,声学多普勒流速剖面仪垂线流速盲区插补只能采用指数流速分布、常数流速分布两种模式,而对数紊流流速分布公式是基于动量传递理论推导出的垂线流速分布公式,该公式因在边界处(y=0)没有定义而应用不便。基于此,从天然河道的河床是由泥沙组成的非固定边界的实际出发,提出在边界面上液体质点仍然存在混掺运动的假设,借助动量传递理论推导出全值域有定义的对数紊流流速分布公式。并且采用宜昌水文站4条实测垂线流速对公式进行拟合验证。结果表明:该公式拟合得到的误差有正有负,最大误差为-3.66%,精度符合水文资料整编规范要求。推导出的公式在垂线水深的所有值域内有定义,该公式可为声学多普勒流速剖面仪垂线流速盲区插补提供一种思路。

湖北宜昌台DZW重力仪观测质量及记录地震特征

为了分析湖北宜昌台DZW重力仪2020—2022年观测资料的质量,总结宜昌台重力仪的记录地震能力,为地震预测提供准确的参考资料。首先对宜昌台重力仪2020—2022年观测资料的完整性、连续性、M_(2)波潮汐因子和M_(2)波潮汐因子中误差进行了分析,再以宜昌台为圆心,对半径5 000 km范围内的2020—2022年重力仪记录的M_(S)≥4.0地震资料和实际地震的对应情况进行统计分析,得到重力仪对震中距5 000 km范围内地震的记录能力,最后获得震级(M_(S))与震中距(R)的理论拟合关系为M_(S)=1.185 7lg R+2.153 5,进而推导出宜昌台重力仪记录的最小地震为M_(S)2.1。但因受到震源深度、地下传播介质、震源区地质构造共同作用,以及震中距1 000 km内的地震记录有限,导致宜昌台实际记录最小地震与计算结果有所差异。

三峡建库前后宜昌水文站径流波动情势变化

针对水库建设前后径流波动情势的变化,基于宜昌站近70年长系列日径流过程,使用多个波动量化评估方法,从离散程度、趋势转变程度、陡度等角度对比分析了三峡水库建设前后不同时期下游径流波动情势的差异。结果表明,较天然径流情势而言,水库建设后径流的离散程度减小(主要在防洪库容预留期),径流的趋势转变程度增大、陡度减小(主要在消落期),总体上径流的波动情势变化复杂。

不同模态分解方法结合LSTM模型对日径流预报的影响

针对日径流序列不平稳性与波动性的特点,尝试将模态分解和深度学习组合预测方法引入至日径流预报。首先,采用完整集合经验模态分解方法对日径流时间序列进行分解,得到不同频率成分的模态分量;其次,为不同的模态分量构建长短期记忆神经网络日径流预测模型,并采用网格搜索参数寻优算法优化预报模型的超参数;最后将各模型预报结果进行模态重组获得日径流预报结果。以宜昌水文站日径流预报为研究实例,所构建的组合模型较单一长短期记忆神经网络的和分别降低了65.02%、58.35%与2.88%,且运用完整集合经验模态分解方法的分解效果优于传统的模态分解方法,为短时间尺度下的非线性和非平稳的日径流预报提供了新的方法和参考。

长江中下游水沙通量变化规律

采用水文学、泥沙运动力学与数理统计学相结合的研究方法 ,对宜昌和大通两个测站近五十年的实测水文、泥沙资料进行分析 ,以探究长江中下游水沙通量的变化规律。研究表明 ,水量由中游向下游沿程递增 ,但各测站的年均增幅不明显 ;长江中下游泥沙主要来源于长江上游地区的金沙江和嘉陵江 ,其次是汉江、洞庭湖和鄱阳湖等水系 ;长江流域来沙主要以悬移质形式下泄 ,悬沙通量由中游向下游沿程递减 ,同时各测站悬移质输沙量也逐年呈阶梯性递减趋势 ;长江中下游水沙通量有明显的季节性变化 ,洪季通量值明显高于枯季 ;悬沙颗粒主要由极细砂和粉砂组成 ,自中游向下游 ,泥沙颗粒逐渐细化 ;由于江阴河段附近边界条件的限制 。

多因子逐步回归周期分析在中长期水文预报中的应用

利用多因子逐步回归周期分析法建立长江宜昌站年平均流量的中长期水文预报模型．结果表明：所选优势因子主要是一组反映冷暖空气活动的指数，冷暖空气的活动和强度对宜昌的年平均流量影响很大；各优势因子的优势隐含周期4～9个不等，且普遍都具有25a和22a的变化周期；多因子逐步回归周期分析法对长江宜昌站年平均流量的拟合和试预报合格率都达到了100％，具有较高的可信度．

近60年长江中游宜昌站水沙变化与驱动因素分析

根据长江中游宜昌站1952~2015年长时间序列径流泥沙资料,运用Mann-Kendall趋势检验法、小波分析法和均值差异T检验等方法,揭示宜昌站径流泥沙的演变规律及其驱动因素。结果表明:(1)径流量无显著下降趋势,而输沙量下降趋势明显;(2)径流量在2005年发生突变,输沙量在2002年发生突变;(3)通过小波分析发现年径流量和年输沙量存在以20~24a为主周期的变化规律;(4)年径流量可分为1952~1955,1961~1968,1979~2001年3个多水期和1956~1960,1969~1978,2002~2015年3个少水期,输沙量可分为1952~1993,1998~2002年2个多沙期和1994~1997,2003~2015年2个少沙期;(5)年输沙量显著减少主要为水库拦沙、河道采砂和水土保持工程等人类活动所致。

非线性逐步回归在宜昌站年径流量预报中的应用

为了分析非线性关系的引入对中长期水文预报精度的影响,以对数变换后得到的非线性逐步回归模型为基础,利用长江宜昌站年径流量进行中长期水文预报,并与传统的逐步回归模型预报值进行比较.结果表明:宜昌站年径流量与该站上一年汛期7月、8月、10月流量存在明显非线性关系,并对太平洋副高活动以及厄尔尼诺效应反应敏感;非线性逐步回归模型拟合和试预报准确度均高于线性模型;引入非线性关系能在一定程度上提高模型的预报精度,具有实用价值.

长江宜昌站沙质推移质输沙规律

现有几家起动公式中的K值不能够准确预测长江宜昌站沙质推移质输沙规律。对宜昌站1956年到1964年和1973年到1974年11年的246组沙质推移质实测水力、泥沙因子资料进行统计分析,将沙质泥沙近似作为均匀沙处理,从均匀沙的起动特点出发,通过分析泥沙颗粒受力和起动模式推导得出宜昌站沙质推移质起动公式,并且公式中的K值随着流量的变化而变化,呈指数分布。在此基础上进而建立了适合宜昌站沙质推移质输沙率公式,并用宜昌站1975年沙质推移质资料对公式进行验证,按公式计算的起动流速和输沙率与实测值比较,获得满意结果。

宜昌水文站年径流量演变多时间尺度分析

水文时间序列往往在时域中存在多层次时间尺度结构和局部化特征。运用小波分析的多分辨率功能，对宜昌水文站1882—2006年年径流量时间序列资料进行了多时间尺度分析。研究结果表明：宜昌水文站年径流量存在明显的年际变化特征，主要存在30--40年、10～20年及10年以下3类尺度的周期变化规律，变化主周期为14年，第二周期为7年，第三周期为34年；自2006年以后的3年左右，宜昌站年径流量将处于一个相对偏枯期，之后又将进入一个丰水期。

基于小波分析的宜昌水文站径流演变规律研究

为了分析宜昌水文站径流演变规律,利用宜昌站1950~2007年实测日均径流量资料,采用MATLAB编程,运用复Morlet小波方法对其径流年际变化和洪枯季节变化进行多时间尺度分析,并剖析了不同尺度下的变化周期。计算出了宜昌水文站年均径流量、汛期与枯水期丰枯交替的时间尺度和主周期。结果表明,1950~2007年不同时间尺度下的演变规律较显著,但其水文规律的长时间尺度结构和记忆有待于进一步分析与探讨。

三峡水库水体荷载变化对地壳形变的影响

为研究三峡水库水体荷载变化对地壳形变的影响,选取2001—2014年宜昌地震台的地壳形变潮汐与非潮汐参数进行分析,结果显示:原始数据分钟值、长趋势、潮汐因子、潮汐相位滞后等参数在三峡水库水体荷载变化过程中出现明显异常。地震前观测资料分钟值、长趋势出现异常:水管倾斜仪分钟值在秭归县屈原镇ML4.6级地震前4 h出现明显下降,N和S端下降量分别达23×10^(-3)角秒、10×10^(-3)角秒;洞体应变仪EW分量在巴东MS5.1地震前3月出现破年变转折,由压变张;潮汐分析结果显示异常:洞体应变NS分量潮汐因子在2001—2014年间出现阶段下降,2009年9月后,NS和EW分量潮汐因子发生同步异常变化(NS继续下降、EW小幅上升)。应变、倾斜的潮汐相位滞后在水位下降期和ML≥4.0级以上地震前均出现转向变化。

宜昌站主汛期流量及水温变化多时间尺度分析

以宜昌站1956-2002年主汛期为例，采用复Morlet小波分析了流量、水温序列多时间尺度变化规律，并根据主周期预测了未来变化趋势。结果表明，主汛期流量、水温序列均存在三类时间尺度的周期，各周期尺度下小波变换系数基本为正负对应出现，呈偏丰—偏低、偏枯—偏高交替变化规律，且将持续到2015年。

三峡电站日调节对下游宜昌站水位的影响

分析了三峡电站蓄水前后下游宜昌站水位变化过程,自然状态下枯水期日流量及水位均较为稳定,水位变幅很小.三峡建库后,改变了下游河段的来水来沙过程,日内水位变化频繁,日最低水位更低,低水位时间延长,影响航运、防洪、灌溉及滩地利用等.三峡工程蓄水发电后,葛洲坝下游河道将不可避免地再次出现冲刷下切,枯水期宜昌水位会进一步下降,日调节下低水位时间明显增多.当三峡库水位进一步抬高后,宜昌站日内水位变幅将进一步增大,日调节将更加明显.

宜昌站1882-2007年径流变化规律分析

以长江流域宜昌站1882-2007年的天然径流序列为基础数据,采用Mann-Kendall检验法和小波分析等统计方法,对径流序列各年代年内变化和年际分配变化进行了分析。结果表明,年内变化中,宜昌站径流分配不均匀,各个年代径流量集中在汛期;不均匀性和集中程度以20世纪20-50年代最明显,21世纪初最不明显,其他年份均介于二者之间,差别不大。在年际变化中,宜昌站多年径流量呈现减少的趋势,但并不显著;1935年左右为径流突变年份,径流量由突变前的14432 m3/s减少到突变后的13471 m3/s,减少了961 m3/s;多年径流量均存在12 a和27 a的变化周期。

考虑历史洪水不确定性的峰量联合频率分析

洪水事件一般具有多个特征属性,多变量联合分析可以全面分析洪水过程的统计特征。本文依据Copula函数,建立考虑定量和非定量历史洪水的不连续序列峰量联合洪水频率分析模型,选用遗传算法对模型参数进行寻优,并采用最可能组合法和同频率组合法计算不同重现期设计洪水,通过变化置信区间分析历史洪水不确定性变化对参数估计与设计洪水的影响。以长江干流宜昌水文站为研究案例,结果表明,将历史洪水考虑为不定量时,其参数估计结果更为合理,更符合洪峰和时段洪量之间的关系。设计洪水值随着历史洪水置信区间的增加而降低,并随着重现期的增加,下降幅度更大。

江河水沙变化突变性与周期性分析方法及比较

为了更有效地分析江河水沙序列的突变性和周期性变化,在总结现有研究方法的基础上,以长江大通站和宜昌站的水沙变化为例,就江河水沙变化的突变性和周期性分析方法进行了分析与对比。不同方法的原理、计算结果及适用性的对比分析结果表明:有序聚类法计算简便,结果精确,最适用于突变性分析;小波分析法发展成熟,可用于一般的水沙序列周期性的分析计算。

基于遥相关的三峡水库中长期径流预测

径流中长期预测是水利水电工程设计、施工和运行管理的重要依据,而预报因子的选取和预报模型的构建一直是径流中长期预测的两大难点。本文以宜昌站1951—2013年汛期流量资料为例,根据国家气候中心74项环流特征量,分别构建了基于相关系数法和随机森林算法的径流预测遥相关模型,并且对比了依据不同的相关系数和因子选择数目对预测精度的影响。结果表明,相较于传统的相关系数法,基于随机森林算法的预测模型的稳健性与预测精度均可大大提高。研究内容可为三峡水库中长期径流预报及中长期调度计划制定提供技术支撑。

三峡水库运用前后进出库水沙变化分析

根据三峡水库蓄水前后实测水沙资料,对三峡水库近期进出库水沙变化进行了较为系统的分析。结果表明:上世纪90年代以来,三峡水库进出库水沙均有所减小,其中输沙量减小更为明显;蓄水运用后三峡水库汛期进出库水量、沙量占全年的比例仍分别维持在76%以上和96%以上,但从年内分配变化上看,汛期进库水、沙量占全年的比例均呈减少趋势,汛期出库水量比例呈减少趋势,出库沙量比例呈增大趋势;三峡水库蓄水运用后9-10月份进出库水沙量减小较多,而枯水期2-4月份进出库流量均呈增大趋势。