汉江下游“一江三河”平原河网IHA区域分布特征

在人类活动频繁的地区,水资源开发利用过程造成的河流水文情势改变会带来水生态系统的变化。由于不同区域的河流水文情势改变各不相同,在区域生态流量的管理中需考虑不同区域河流水文情势变化特征,评估水文情势改变对当地水生态系统的影响,从而实施具有区域针对性的生态流量管理措施。以汉江下游干流-汉北河-天门河-府澴河区域(“一江三河”地区)为研究区,选取汉江下游干流皇庄、沙洋、仙桃站,“三河”地区隔蒲潭、天门、应城站共6个水文站的长序列日平均流量,分别分析径流突变情况,采用水文变化指标变动范围法(IHA-RVA)比较区域内不同站点在径流突变前后的水文情势变化特征,并结合指标的生态学意义对研究区的生态流量调控提出建议。结果表明:①汉江下游干流于1990年发生径流突变,三河地区于2010年发生径流突变,突变后流量减小,枯水期延长;②研究区6个站点均存在径流变异前后的汛期水文指标变化过大的问题,可能对水生生物,尤其是产漂浮性卵的鱼类繁殖带来不利影响,导致水产资源减少;③汉江下游干流的水文指标正向变化远多于三河地区,中高度变化远少于三河地区,三河地区更多指标偏离适宜范围。研究成果对认识生态流量的区域性变化特征具有科学意义,可为生态流量的区域管理提供参考依据。

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。

基于IHA-RAV法的长江源区生态水文情势变化

为评估长江源区河流水文情势变化及其生态效应,选用长江源区直门达水文站1957—2021年逐日流量资料,使用贝叶斯变点检验方法分析直门达水文站年平均流量突变发生时间,采用水文改变指标变化范围法(IHA-RVA)综合评价直门达水文站在突变点前后改变程度,使用趋势坡度、Kendall趋势检验以及去趋势波动分析法评价月均流量、年极值流量时间序列变化情况。结果表明:(1)长江源区直门达水文站年平均流量在2004年发生变异。(2)2004年前后直门达水文站水文综合改变度为37.2%,属于中度改变。(3)月均流量综合为中度改变,各月流量均有不同程度的增加,增大了河道内水生生物栖息所需水量。(4)流量极值综合改变度为低度改变,表明极端流量事件处于一个稳定的范围,在一定程度上维持了长江源区生态系统的稳定性;最小流量的增加更好地保障了流域生态流量。(5)极端值出现时间为低改变度,对水生生物栖息地以及鱼类洄游影响较小。(6)高、低流量脉冲频次均为低度改变,反映出长江源区干旱和洪涝发生次数减少,使得长江源区河道、河滩的受水情况趋于稳定;高、低脉冲历时变化又给源区河道及沿岸生态环境带来不确定的影响。(7)流量上升率、下降率及逆转率均为低改变度,反映出长江源区流量改变程度较低,维持在生态系统相对稳定的状态。总体而言,长江源区河道生态环境有转好的趋势,增加的生态流量有利于维持长江源区生物多样性和生态系统的健康可持续发展。

Ecohydrologically Driven Catchment Evaluation and Prioritization

This study develops information based on index, and termed hydro-ecological-index, to represent the need of a riverine ecosystem characterized through a biologically relevant flow regime. The flow regime is defined by a set of parameters, called Indicators of Hydrologic Alteration. These parameters are predicted at the catchment scale by a hydrologic model, called Soil and Water Assessment Tool. Then the Maximum Entropy Ordered Weighted Averaging method is employed to aggregate non-commensurable biologically relevant flow regimes to develop hydro-ecological- index at the catchment scale. The resulting index reflects the variability of the need of the riverine ecosystem at catchment scale and thus different catchments can be evaluated and compared.

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。

汉江下游流域生态流量区域特征指标的优选

在评价河流水文情势变化特征时,传统水文改变指标法(indicators of hydrologic alteration,IHA)存在的指标间相关性高和数据冗余问题会造成整体评价偏差。对汉江下游流域的河流水文情势评价时,考虑到汉江流域干支流日均流量及取水调水工程等的影响,分别选择汉江干流上的3个水文站及支流流域的3个水文站点,采用主成分分析法对6个水文站IHA指标进行优选,再利用相关性分析结果进一步筛选,优选出适用于评价汉江下游流域水文情势的13个代表性指标,分别为2月流量、4月流量、7月流量、10月流量、12月流量、基流指数、最低流量出现日期、最高流量出现日期、低流量脉冲次数、高流量持续时间、日均流量增加率、日平均流量减少率和日均流量反转数。结果表明:6个水文站的代表性指标间相关性均大幅降低,13个代表性指标间的相关系数不超过0.3的占比约70%;经变化范围评价法(range of variability approach,RVA)验证,IHA指标与优选出的代表性指标对汉江下游流域整体水文改变度评价结果的差值均小于7.5个百分点,表明其能够对汉江下游流域提供较为全面合理的水文情势变化评价。

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。

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RVA的水库工程对河流水文条件的影响评价

应用变化范围法(RVA)评估水库运行对河流水文条件的影响。通过对水库出库站水文序列进行水文改变指标(IHA)评价,量化河流流量受影响的程度,进而分析水库建坝前后河流水文条件的改变情况,说明水库运行对下游河道的水文影响。以龙羊峡水库为例进行计算,结果表明,龙羊峡水库调节后,其出库站-贵德站的水文年极值出现时间变化不大,而对月流量、年极值、频率、延时和变化率指标产生了显著影响,改变了黄河干流贵德站原来的水文条件,加剧了黄河下游河道的生态危机。

复杂环境下华南东江中上游流域筑坝导致的水文变异

采用可视化分析软件包XmdvTool来评价复杂环境下东江中上游流域(1952-2002)水文变异以克服常规RVA方法的限制,在分离了气候变化对水文变异影响后,结合RVA方法系统地研究了华南东江中上游流域由于筑坝等人类活动引起的河流水文变异时空演化规律.结果表明:(1)1952-2002间由筑坝导致的最显著的东江中上游流域水文变异是最小3d流量,低流量持续时间、1月平均流量和7月平均流量等3个IHA因子;(2)在河源和岭下两站水文变异9个IHA因子相关图中,1月和2月平均流量,1月平均流量和最小90d流量相关图中各存在一个较为明显的线性回归趋势,表明上述因子存在较明显的相关关系;(3)东江中上游综合水文变异强度南大至小分别为:河源、龙川和岭下.运用高维水文数据可视化分析技术结合RVA方法可有效用于天然河流水文变异时空变化研究.研究结果对于东江河流生态环境管理、生态恢复和水资源一体化管理具有重要意义,可为流域水文变异的理论与方法研究提供借鉴.

水文改变指标体系在生态水文研究中的应用综述

回顾了水文改变指标体系的发展历程,详细介绍了水文改变指标体系所包含的水文改变指标、变化范围法和环境流量成分3部分内容,总结了水文改变指标体系在水文情势改变评估、生态环境影响评估、生态环境流量估算等方面的应用;指出水文改变指标体系是一种简便有效的评估工具,在水文情势变化及其生态效应评估和水资源管理实践上具有广泛的应用前景,但水文改变指标体系也存在参数冗余问题,未来发展可以耦合生态水文模型。

生态最相关水文指标的优选及其在洞庭湖环境流量估算中的应用

水文改变指标(IHA)能够较为全面地描述水文状况,在评估水文情势改变及其生态系统影响方面具有广泛的应用.尽管该指标体系较为完善,但是数量众多的水文变量仍然存在信息冗余问题.根据洞庭湖城陵矶水文站1955-2014年的径流量数据,采用主成分分析(PCA)筛选了生态最相关水文指标(ERHIs),结合ERHIs改进了用于估算环境流量的变化范围法(RVA),并将其应用在洞庭湖出口的环境流量估算中.基于PCA选取了年最大90日流量、年最小3日流量、年最小流量出现时间、3月流量、6月流量、流量逆转次数和低流量年内平均历时7个变量作为洞庭湖出口的ERHIs.纵向和横向的对比分析都表明选取的ERHIs是合理的.ERHIs不仅有效缓解了IHA的冗余性问题,还有利于抓住最关键的生态水文变量.根据ERHIs改进的RVA方法在设定洞庭湖出口环境流量时,极大地简化原来的众多管理目标,对生态水文研究、水资源管理和生态保护都具有重要的参考价值和借鉴意义.

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。

长江干流关键点流量变化及其生态影响分析

文章详细介绍了水文变动指标IHA法32个水文参数及其生态影响,计算分析了长江干流4个关键点寸滩、宜昌、汉口和大通在"自然变化阶段"、"受人类活动干扰阶段"和多年长系列3个不同时期的多年平均月流量状况,并采用IHA法计算了各控制点的32个水文参数,确定了各参数相应的水文变化等级,分析了长江干流流量格局的变化情况及潜在的生态影响。结果表明,长江干流关键点流量格局的变化主要是:年内月平均流量1～4月枯季流量增加,6～7月汛期流量增加;寸滩和宜昌流量减少主要集中在下半年8～11月,汉口和大通流量减少的时间推迟,主要集中在10～11月;最小流量参数组的平均值增加,年最小1日流量日期均提前;干扰后呈现连续日上涨率减小,下降率增加的趋势;潜在的生态影响主要是生物多样性降低,大型水生植物丰度增加,大型无脊椎动物现存量减少和丰度减少,对产漂流性卵的鱼类影响较大,动植物生活史模式发生变化,易造成本地物种消失,外来物种入侵的后果等几个方面。

RVA法评估枫树坝水库对径流的影响

针对河道径流易受人类活动影响而导致水资源紧张,以变化范围法（RVA）评估枫树坝水库建成后对东江上游河川径流特性的影响。利用龙川站1952~2005年的实测径流数据,通过分析32个水文改变指标的中值及离差系数,结果表明水库建设后径流年内分布发生不同程度的变化,并根据Richter建议的分类法评估得知枫树坝水库的建设对径流的影响属于中度改变。

基于变动范围法(RVA)的信江水文改变及生态流量研究

选择信江下游梅港站1950~2010年日径流量,根据流域大型水库界牌枢纽运行时间将梅港站径流序列分为建库前（1953~2001）和建库后（2002~2010）两个时段。采用变动范围法（Range of Variability Approach,简称：RVA）分析水库运行对下游梅港站流域生态水文指标改变度,并分析了信江下游生态流量。研究表明：33个水文指标有22个发生中高度改变,11个指标发生低度改变,其水文综合改变度为0.51,属于中度改变;梅港站生态流量值均在RVA阈值内,基本能够保持河流稳定流量,但2月、7~9月及12月河道生态流量大于RVA下限。可适量增大水库下泄水量,降低对下游河段生态系统的威胁。