1987—2022年新安江水库(千岛湖)水面面积时空变化及其与水位、蓄水量的响应关系

水面面积、水位、蓄水量是水库水资源管理的重要基础数据,遥感是湖库水体提取、水位和蓄水量估算的重要技术手段。由于不同水体提取方法的适用性差异、测高卫星数据的有限时间覆盖度和开源数据集的时空分辨率不足等原因,湖库水面面积、水位、蓄水量的长时序、高频率时空变化监测仍存在一定挑战。本研究以新安江水库为研究区,结合多源遥感、气象、水文和土地利用等数据,基于Google Earth Engine云平台,运用水体指数法,分析1987—2022年新安江水库水面面积时空变化特征,构建水位—水面面积、水位—蓄水量和水面面积—蓄水量响应关系,探究水面面积时空变化成因。结果表明:(1)Landsat 5、Landsat 8和哨兵2号数据的最佳水体提取指数分别为AWEIsh和GNDWI,F1-score分别为91.93%、91.03%和93.14%。相比于开放数据集GSWED(32.61%)、JRC GSW(76.17%)和ReaLSAT(69.76%),基于最优水体指数的水体提取结果具有最高的F1-score(91.26%);(2)时间上,1987—2022年新安江水库水面面积呈显著上升趋势(R^(2)=0.20,P=0.01),总体增长速率为0.96 km^(2)/a;空间上,永久性水体(淹没频率大于75%)面积占比为73.44%,主要分布在湖心等水体开阔区域;季节性水体(淹没频率>25%且≤75%)面积占比为10.17%,主要分布在湖汊区域;(3)三次多项式函数可以较好地模拟新安江水库水位—水面面积、水位—蓄水量和水面面积—蓄水量的响应关系;(4)千岛湖流域上游降水和人类活动导致的土地利用变化是影响新安江水库水面面积动态变化的主要因素。

1960—2020年千岛湖流域蒸散发演变特征及驱动因素解析

为探究淡水湖库及其所属流域蒸散发演变特征,以及气象因子对蒸散发的影响规律。以长三角地区最大的淡水人工湖和重要的水源地--千岛湖为研究对象,采用Penman-Monteith等方法与WEP-L分布式水文模型,分别计算千岛湖流域1960-2020年潜在蒸散发(ET_(0))与实际蒸散发(ET_(a)),分析二者年际变化趋势及突变年份;采用偏微分方法分析气象因子对ET_(0)的敏感性和贡献度;采用归因分析法分析突变前后气象因子对ET_(a)变化的贡献度,并利用蒸发表面水分指数(EM_(1))解析流域蒸发互补关系。结果表明:ET_(0)与ET_(a)多年平均值分别为1021.7和857.5 mm,整体皆呈减少趋势,倾向率分别为-0.77和-1.03 mm/a,二者均在1980和2000年左右发生突变;ET_(0)对相对湿度变化最为敏感,ET_(0)增加的月份主要是由于相对湿度、平均气温的正贡献,风速呈负贡献但相对较小,ET_(0)减少的月份主要是由于日照时数和风速的负贡献,平均气温呈正贡献但相对较小;ET_(a)空间分布呈现东高西低格局,驱动因素按贡献率大小为相对湿度>风速>日照时数>气温;流域整体存在“蒸发悖论”现象,日照时数和风速的减小是引起ET_(0)近年来下降的主要原因;EM1愈趋近于1时,反映流域ET_(0)和ET_(a)取值愈加接近,蒸散发互补理论在千岛湖流域适用。

基于气象水文耦合的水库实时洪水预报方法

以水库实时洪水预报为研究对象,针对中小流域预见期短,流域天然预见期难以满足水利工程生产要求的问题,研究水库实时洪水预报方法,构建基于气象水文耦合的水库实时洪水预报模型。首先,采用短时临近外推技术及STMAS-WAF中尺度天气模式,建立24 h降水预报模型;然后将气象预报成果耦合至水文预报,实现气象水文的时空尺度匹配;最后建立基于来水预报成果反馈的降水预报修正方法,根据前期规律滚动修正未来24 h降水预报成果,将修正后的降水预报输入水文模型,实时预测水库来水,使水文模型从源头上实现准确输入,实现高精度长预见期的水库实时洪水预报,解决了传统水文模型预见期不足的问题。以新安江水库为例开展了模型的实例研究,编制新安江水库气象水文耦合预报方案,进行水库实时洪水预报,并探讨不同降雨输入形式对预报精度的影响,研究结果表明:基于气象水文耦合的水库实时洪水预报方法考虑了气象水文的双向反馈,将新安江水库实时洪水预报预见期从6 h左右提升至18 h,确保18 h预见期内预报精度在80%以上。与不考虑降水预报及使用未修正降水预报的2种传统方法的有效预见期相比,新方法的有效预见期分别提升了200%和29%,有效延长了水库实时洪水预报预见期,提高了洪水预报服务能力,给水库实时洪水预报提供了一种行之有效的方法。

基于逻辑回归模型的流量计算方法优选

在推求水位流量关系时,不同水流状况适用的计算方法往往不同。为自动优选流量计算方法,以新安江水库库区街口水文站为研究对象,提出了基于逻辑回归模型的流量计算方法优选模型。分别采用二线能坡法和落差指数法进行流量计算,借用逻辑回归模型的大数据分析,依据实时水流状况进行流量计算结果优选,并根据率定结果自我学习,不断优化参数,提升优选准确率。结果表明:新安江水库库区回流状况的准确判定对流量计算结果精度影响较大,模型能够依据实时的上下游水位差、代表线流速等水流状况判断当前水流是否出现回流,从而智能优选流量计算方法。该方法推流结果合理,精度高于单一算法。

新安江模型与水箱模型在马家沟水库洪水预报的适用性研究

洪水预报是重要的非工程防洪措施之一,是防洪指挥决策的主要依据。为避免单一模型预报结果的不确定性,以城固县马家沟水库为对象,应用新安江模型和水箱模型分别模拟了2019—2021年流域日径流和次洪水过程,并结合遗传算法率定优化的模型参数比较了模拟结果与精度。日模方面,水箱模型的模拟效果更优,洪量相对误差小于16%,洪峰相对误差小于4%,峰现时差小于1 h,Nash-Sutcliffe效率系数大于0.58,均达到了《水文情报预报规范》的评定精度要求,且对于水库大洪水的模拟效果也较为理想。次模方面,2个模型的峰现时差表现相当,新安江模型的模拟效果更平滑,水箱模型的洪量和洪峰模拟更贴近实测流量过程。整体来看,水箱模型比新安江模型更适合马家沟水库的洪水预报。

新安江水库夏季CDOM吸收光谱特征及来源分析

为探讨夏季新安江水库有色可溶性有机物(CDOM)吸收光谱特征、空间分布及潜在来源,于2013年7月份在新安江水库采集了53个表层水样,分析了CDOM吸收系数a(350)、比吸收系数a*(350)和光谱斜率S值的空间分布规律及CDOM吸收系数与水质参数的相关关系.结果表明:通过系统聚类分析,夏季新安江水库CDOM吸收系数空间分布可划为3类,吸收系数大小呈现出A类区(西北河流区)>B类区(库心区及东北库区)>C类区(西南库区及东南库区)的规律,空间分布与CDOM比吸收系数相似而与S值相异.CDOM吸收系数a(350)与叶绿素a(Chla)浓度、浮游植物吸收系数及悬浮物浓度存在极显著性正线性相关,表明夏季新安江水库CDOM主要来源于浮游植物新陈代谢及降解产物.

应用Logistic曲线预测水库垂向水温

针对分层水库垂向水温分布,提出一种估算水温的新方法——Logistic曲线法。利用新安江水库为期1a的原型观测资料,采用SPSS软件率定并优选模型参数,结果表明拟合精度较高。在此基础上,利用收集到的其他水库实测资料验证了模型的适用性,发现该模型对不同类型(混合型、稳定分层型)、不同时期(升温期、稳定分层期)的水库垂向水温分布有较好的拟合效果。此外,探讨了该模型应用于预测水库水温时的模型参数确定方法及步骤。

基于预报偏差的新安江水库短期优化调度模型研究

新安江水库作为多年调节水库有较大的调洪库容,在保证防洪安全前提下短期洪水调度追求发电效益最佳为调度的目标函数,从而有效地实现了洪水资源化。在分析新安江水库洪水预报误差前提下,利用随机动态规划法求解水库短期优化调度问题。计算表明,在考虑短期洪水预报偏差条件下调度的结果更加合理。

基于API模型与新安江模型的察尔森水库洪水预报

察尔森水库承担着兴安盟地区的防洪、灌溉和供水等任务,其洪水预报具有重要的研究意义。考虑到下垫面条件和降雨分布特征的影响,单一模型或同组参数在该地区很难取得理想的洪水模拟效果,尝试引入分单元新安江模型与API模型分别对察尔森水库洪水进行预报,并分析总结两模型在该地区的适用性。结果表明:两种模型预报结果都较好,且对于大暴雨洪水预报效果更理想;当前期土壤湿润时,分单元新安江模型预报效果更好;当前期土壤干旱、降雨强度较大时,API模型预报效果优于分单元新安江模型。实际作业时根据需要选择模型进行预报,有利于察尔森水库合理调度,提高水库经济效益。

考虑玉石水库影响的碧流河水库洪水预报方式

水库上游兴建水利工程会降低水库洪水预报信息的可利用性。以碧流河水库为例,分析上游水利工程的修建对碧流河水库的洪水过程产生的影响,结合流域的前期土壤含水量等资料,从产流和汇流两个方面对水库的洪水预报模型改进,并对流域的场次洪水进行模拟,验证改进模型的可行性。结果表明,改进模型能够有效地概化玉石水库的截留与调蓄作用,水库洪水预报信息的可利用性得到了有效的提升。

桂林漓江补水思安江水库泄洪洞结构与出口消能设计研究

简述思安江水库下游消能防冲存在问题、修改思路与措施,最终突出泄洪洞结构优化及下游出口采用窄缝式挑坎所产生的效果。

新安江水电站生态景观效益分析

分析了新安江水电站建成后生态景观的变化,探讨了新安江水库形成的千岛湖风景资源所带来的的经济效益、社会效益和环境效益。并从可持续发展的观念出发,提出了加强千岛湖生态景观资源保护、合理开发利用生态景观资源、发展生态旅游的建议。

新安江水库透明度与叶绿素a浓度反演模式初步研究

新安江水库有完整监测数据记录开始于1985年,但2001年后才有浮游植物密度和叶绿素a数据。文章利用2001—2009年透明度和叶绿素a监测数据,采用SPSS统计软件拟合回归方程,再根据2001年以前的透明度数据,反演相对应的新安江水库浮游植物叶绿素a浓度。结果表明,新安江水库1988、1990年浮游植物生物量较低,而1993、1996、2009年浮游植物生物量分别出现峰值,2000年以前浮游植物生物量波动剧烈,2000年以后基本呈上升趋势,特别是2005年以后上升趋势非常明显。

梯级水库调度影响下沅江入洞庭湖径流量演变特征分析

为精准识别各入洞庭湖水系水量变化对洞庭湖径流特征的影响,选取沅江作为研究对象,以桃源水文站1966~2018年的流量序列为基础,采用水文变异诊断系统,对梯级水库联合调度下沅江入洞庭湖径流量的演变特征进行分析。结果表明:在梯级水库联合调度影响下,加之流域河道外用水的不断增加等因素,在年际演变特征上,1~5月径流整体呈现中变异和弱变异,沅江年均流量总体呈现出减少的态势;在年内分配演变特征上,沅江径流的年内分配变化趋势不显著。研究成果可为沅江流域水库群的调度运行等精细化管理提供一定的依据,也可为洞庭湖其他来水分析提供一定参考。

基于综合利用新形势的新安江水库调度方案优化研究

立足综合利用新形势拟定新安江水库调度方案研究集,建立调度图优化数学模型,开展调度方案优化与对比。成果表明,千岛湖年引水规模扩大至15亿m^(3)后,适当降低汛期保证出力进行方案优化,可维持供水保证率和生态基流保证率100%,并保持保证出力保证率、多年平均水位、枯水期平均下泄流量等指标与现状年引水规模9.78亿m^(3)接近;但水库多年平均发电量减小0.94亿kW·h。调整新安江水库调度方案,进一步降低保证出力,有利于提高水库多年平均水位,大幅提高枯水期平均水位;枯水期保证出力降低将引起水库枯水期平均下泄流量减小,汛期保证出力降低有利于增大枯水期平均下泄流量。

广西电网水电站群来水流量预报系统研发

以红水河和郁江流域梯级水电站为重点,结合广西电网及水电运行特性,选用新安江模型加实时校正模型建立入库流量预报方案,设计并实现了广西电网水电站群来水流量在线预报系统,可为梯级水电站智能调度决策提供支持。

实时洪水预报模型在东风水电站水库调度中的应用

东风水电站水库实时洪水预报模型由降雨径流预报模型、河道洪水演进模型和实时校正模型3部分组成,在实践中结合流域地形、产汇流特性及水情自动测报系统站点布设特点,分析了新安江模型在喀斯特地区应用中的不足之处,找出了影响洪水预报精度的因素,经不断调整及修正模型参数,提高了洪水预报模型的预报精度。修正后的实时洪水预报模型在东风水电站水库得到了有效应用,这对南方喀斯特地区其他水电站具有借鉴意义。