基于ERHIs法的雅鲁藏布江流域水文情势变化研究

为探究变化环境下雅鲁藏布江流域环境流量组分与水文情势变化情况,采用改进后生态最相关水文指标ERHIs(The most Ecologically Relevant Hydrologic Indicators)、RVA(Range of Variability Approach)法定量分析了1965—2018年间不同阶段不同环境组分下的雅鲁藏布江流域内水文情势的变化情况,并结合5种突变检验方法对指标进行验证。结果表明,通过EasyDHM插补数据是可行的,参数优化后的Nash系数最大为0.97,最小为0.67,均在合理范围内,在缺资料地区运用较好。针对雅鲁藏布江2个断面强变异指标改变度计算结果均表明雅江中下游地区的水文改变度为高度改变。在指标选取方面,生态水文改变过程的指标体系(Indicators of Hydrologic Alteration,IHA)参数之间的相关性较高,指标间的冗余问题十分突出。ERHIs指标具有一定的合理性,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,对生态水文研究、流域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,为短缺水文资料地区的生态评估提供参考。

鱼类产卵行为与生态水文指标响应关系研究——以长江四大家鱼为例

四大家鱼作为我国重要淡水经济鱼类,近年来产卵规模大幅衰减,水文条件作为影响家鱼自然繁殖的重要因素,确定四大家鱼产卵行为与生态水文指标的关系对保护四大家鱼早期资源具有重要意义。以长江中游宜昌段为研究区域,采用ROC曲线、分类回归树、Logistic回归等方法将生态水文指标对家鱼产卵刺激划分为“无效、低效、高效”多分类问题,分析家鱼产卵行为与生态水文指标间的响应关系,并对比研究不同方法间的性能与优缺点。结果显示,ROC曲线判别准确率、预测准确率、模型鲁棒性均最优,是判定生态水文指标对四大家鱼产卵规模影响的最优方法;当流量日增量大于1370 m^(3)/s且两次洪峰间隔时间大于7.5 d时可以引起四大家鱼高效产卵响应。辨识出高效刺激家鱼产卵的生态水文指标及其阈值,对生态调度的优化改进具有重要的现实意义。

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。

1992—2021年抚仙湖海口水生态环境指标COD_(Mn)变化趋势及影响因素研究

为探明水生态环境指标——高锰酸盐指数突变特征、变化趋势及其影响因素,采用Mann-Kendall检验法对高锰酸盐指数变化趋势、突变特征进行研究,运用SPSS软件分析主要水文要素和经济社会指标与高锰酸盐指数的关系。结果表明,1992—2021年,抚仙湖海口断面高锰酸盐指数总体呈显著上升趋势,年均上升0.027 mg/L,近年浓度接近2.0 mg/L。高锰酸盐指数在研究时段内发生3次突变,1994年、1996年突变不显著,2021年突变极其显著。抚仙湖水位经历了上升、平稳、下降、上升、下降的变化过程,多年平均蒸发量约为多年平均降水量的1.4倍,蒸降比高时水位呈下降趋势。流域人口密度、蒸发量、水位可解释抚仙湖海口断面高锰酸盐指数变化的65.0%,人口密度、蒸发量与海口断面高锰酸盐指数呈正相关,水位与海口断面高锰酸盐指数呈负相关。流域人口密度、蒸发量、水位是海口断面高锰酸盐指数的主要影响因子,人口密度的影响程度最大。

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。

考虑河道内生态需水与径流情势的水库群优化调度

针对目前水库生态调度研究重点考虑河道内生态需水量保障单一目标,忽略河道天然径流情势恢复的问题,将水文改变指标(IHA)分为两类,分别量化河道内生态需水与径流情势,定义河道内生态缺水量最小和河道天然径流情势贴合度最大双生态目标,结合河道外社会经济供水目标,构建水库群多目标优化调度模型,对我国南方某水库群开展实例研究。结果表明:基于双生态目标调度模型优选的均衡调度方案可在保障河道外主要用水对象供水保证率不低于95%的同时,使河道内目标生态需水保证率达到91.67%;构建的模型能有效兼顾社会经济和河流生态环境效益,提升河道天然径流情势贴合度,与只考虑河道内生态需水的水库群调度模型相比,更有利于河流生态保护。

基于水文学方法的最小生态流量研究——以宜黄水流域为例

为了合理划分水权,保障宜黄水流域生态系统的基本需水要求,根据宜黄水流域桃陂水文站1959—2018年共60年径流资料,采用频率曲线法、最枯月平均流量法、NGPRP法、年内展布法、Texas法等5种水文学方法对宜黄水流域的生态流量进行了计算分析,并采用生态流量综合指标进行了评价。结果表明,宜黄水流域的生态流量为4.51~59.9m^(3)/s,占多年平均流量的18.12%~49.23%,可保证河流生态需水;河流健康等级汛期为“佳”,非汛期为“中等”,总体来看,河流全年为健康状态。

河流生物栖息地的生态水文学研究

从研究对象、空间尺度和生态群体3个角度对河流生物栖息地进行分类,阐述了生态指标与水文要素间主要存在的4种关系,总结流量、流速、水位/水深、水温、水质等水流要素对河流生物的影响,归纳了目前表征河流生物栖息地的水文水力学指标和适宜性评估方法,并指出未来研究方向。

人类活动干扰下的滦河河流生态径流变化分析

基于滦河流域滦县站1956年-2010年日流量资料,从流量、频率、历时、发生时间、变化率5个方面考虑水文情势变化,选取了33个水文变化指数(IHA)和34个环境流量指数(EFC),应用IHA软件全面分析了这些指数在人类活动干扰前后的变化特征,以及与河流生态健康密切相关的河流情势的改变程度。以滦河流域为例,应用IHA软件分析河流生态径流变化规律,计算了水文特征值的量值、频率、历时、发生时间以及变化率5个方面在人类活动干扰前后的变化特征,评估河流生态径流的33个水文变化指数和34个环境流量指数。结果表明,人类活动显著地改变了河流汛期高流量及其出现频率、极端低流量的量值与出现时间、高流量脉动次数和日流量的变化率等水文要素,而这些水文要素的改变可能是导致河流生态环境破坏的重要原因,研究结果可为河流生态管理与修复提供依据。

基于FDC生态指标的水文情势评价

收集了攀枝花站1966-2017年日径流资料以及攀枝花站上游9个雨量站对应年限的日雨量资料,采用泰森多边形法进行面雨量计算,采用Mann-Kendall突变点检验法对径流变化特征进行计算,并对径流过程进行趋势分析,同时采用基于FDC的生态剩余、生态赤字的生态指标法分别从年、季尺度上对该地区的水文情势进行评价。结果表明:1966-2017年,径流和降水呈现出“低高低”的变化趋势;该站降水与生态指标具有较好的相关关系,表明该地区流量变化主要是由降水变化引起的;在季尺度上,夏季的生态变化情况与整年变化规律更为一致;在电站影响时期,不同尺度下生态指标的变化规律基本一致,表明攀枝花上游梯级电站对该站的水文情势影响甚微。

考虑生态流量分级约束的跨流域引水与供水优化调度研究

针对大型引水工程由于改变了河流自然流态,受水城区生产生活用水与生态环境用水矛盾突出的问题,将大伙房输水工程与大伙房水库供水联合优化调度作为典型案例,以浑江下游与大伙房水库地区用水需求、环境流态因子为优化子目标,引入3个引水比例与36个旬水库蓄水量共39个决策变量,采用遗传算法搜寻引水比例与水库蓄水量最佳解。结果表明:优化方案平均年引水量为17 242万m3,比原计划引水量少638万m3,对浑江流域生产生活用水、生态环境用水与大伙房水库生态环境用水之间的矛盾有显著改善;依据整体生产生活缺水与整体环境流态因子的权重,设定了多种模型子目标的权重分配组合,能够恰当地反映缺水量与环境流态因子两者间的相关性,水库调度运行管理者可以根据需要调整权重,获得满足需水条件的引水比例与水库蓄水规线。研究成果可以为大型水利工程运行管理决策提供参考。

安徽省发展旅游演艺的竞争力指标评价

传统评价方法以统一的标准对评价指标赋权,导致评价结果间的关联性较弱.为此,提出安徽省发展旅游演艺的竞争力指标评价方法.从旅游演艺自身和外部环境条件两方面构建了评价体系,利用因子分析法计算评价体系因子层中不同因子在发展旅游演艺阶段的方差贡献率以及累计方差贡献率,根据计算结果对因子进行赋权,最后通过分析生态位,结合重叠部分的指标权重,最终计算出发展旅游演艺的竞争力指标评价结果.对安徽省发展旅游演艺的竞争力指标评价结果表明,与传统方法相比,所提方法的评价结果间的偏相关系数均在0.5以上,具有明显的关联性,能够反映出实际情况.

变化环境下渭河流域生态水文情势演变归因研究

采用生态最相关水文指标(ERHIs)评估渭河流域生态水文情势改变程度,通过主成分分析法筛选出7个指标作为渭河流域的ERHIs,并基于可变下渗容量模型的“观测模拟”对比分析法对渭河流域生态水文情势演变进行定量归因。结果表明:咸阳水文站和华县水文站径流序列呈显著下降趋势,1990年是径流序列的突变点;咸阳站和华县站实测ERHIs综合改变度为41%和34%,模型模拟的两站ERHIs综合改变度均为18%;气候变化和人类活动导致渭河流域水文情势发生改变,两者对咸阳站ERHIs综合改变度的贡献率分别为44%和56%,对华县站的贡献率分别为53%和47%。

考虑水文改变生态指标的丹江口水库多目标优化调度

对水文改变指标进行分类、筛选并赋权,构建流量等级和流量波动2个生态指标;使用高斯径向基函数拟合水库调度规则,以供水量、发电量和水文改变生态指标为目标函数,在丹江口水库开展多目标优化调度研究;分析供水、发电与生态效益各指标间的竞争关系,寻求社会经济和生态效益均较佳的调度方案,论证生态流量的合理性。结果表明:丹江口水库调度的供水、发电和生态效益之间存在目标冲突;同时考虑供水、发电、流量等级、流量波动4个目标的推荐方案,可在确保防洪安全并维持供水和发电量不变的前提下,保证流量等级和流量波动水文改变生态指标与天然状态相近;推荐方案尽可能达到适宜生态流量,满足了汉江中下游水生物自然繁衍需求。研究成果可为丹江口水库优化调度以及汉江中下游水生态环境保护提供参考。

基于指示物种的生态流量研究进展和展望

河湖生态流量维持河流所需的自净扩散能力,保护水生态系统结构和功能的完整性,因此成为水资源领域研究的热点,在梳理了生态流量研究进展的基础上,总结了生态指示性物种及水文因子在生态流量研究中的应用,明晰了水文因子变化条件下物种行为对水生态环境的指示效应,提出当前生态流量研究中存在的问题及研究展望,为未来基于指示物种的生态流量研究与应用提供科学的指导依据。

基于变异范围法的水库兴利调度方案生态环境响应评价

以乌溪江流域湖南镇—黄坛口梯级水库兴利调度为例,采用变异范围法,分别从月平均流量、年极端流量、年极值流量发生时间、高低流量频率及延时、日流量改变值及逆转次数5组水文指标,研究以兴利为主要目标的水库调度方案对下游河道生态环境产生的主要影响。结果表明:变异范围法能够将水文数据转换为具有生态意义的水文指标系列,进而可以用来评价水体的生态环境变化;以兴利为主要目标的水库调度方案,会对下游河道径流产生显著影响。

基于变化范围法的汉江中游水文情势变化规律分析

河流水情对河流生态系统起着决定性作用,以河流的变化范围法(Range of Variability Approach,RVA)来分析建坝对河流水文情势的影响,这对保护河道生物群和河流生态的完整性十分必要。应用变化范围法评估汉江中游襄阳站和宜城站1952—2013年的水文情势变化,以突变年1974年为界分析水文指标变化偏差率和水文改变度,使用流量的等级、频率、历时、发生的时间分布和变化率这5组水文指标进行分析评价,量化了汉江中游水文变化的程度。研究表明,由于丹江口大坝蓄水,引起襄阳和宜城站点的水位普遍降低,襄阳站的水位整体为高变化度,宜城站的水位整体为中变化度。分析结果可为汉江下游水文情势评价提供参考,为水资源管理提供技术支撑。

黄河水量统一调度与调水调沙对河口的生态水文影响

从具有生态学意义的流量、频率、出现时间、持续时间和变化率等5种水文要素出发,采用水文变化指标体系定量评估了黄河水量统一调度与调水调沙对河口段生态水文情势的影响,讨论了河口环境水流需求以及调水调沙后水文情势对环境水流的满足程度。研究结果表明,与水量统一调度前相比,水量统一调度与调水调沙后利津断面水文情势有所改善,年极小值流量明显增加,但是水文过程变化率降低,洪水漫滩过程消失,水文过程趋于平缓。目前河口段水文情势能够满足枯水期适宜生态流量需求,汛前4—5月关键期无法满足适宜生态流量与流量脉冲过程,汛期除缺乏洪水脉冲过程外,基本能够满足高流量输沙需求。

基于水文指标变化范围法的水库生态调度方案评价

为对水库生态调度方案进行合理评价并选优,本文采用变化范围(RVA)法,对燕山水库下游官寨水文站1954—2000年日均流量资料进行统计分析,并根据分析所得32个水文改变指标(IHA)变化范围确定了环境流量范围。结合目前常用几种生态流量计算方法提出9种生态流量方案,建立生态调度模型,模拟日放水过程。根据模拟日调度流量结果计算各指标的水文改变度,并对其进行分析。最后,根据分析结果,提出了使社会经济目标与生态目标均衡优化的综合效益最优调度方案。

水文变异条件下的黄河干流生态径流特征及生态效应

黄河流域地表水文过程受气候变化与如水库拦蓄等人类活动的严重影响,发生显著变化,多次出现断流现象。深入理解水文变异条件下的径流特征及生态效应,对于黄河流域水资源管理及水资源可持续开发利用具有重要意义。基于此,论文利用多水文指标研究水文变异过程,结合基于流量历时曲线(FDC)的生态剩余和生态赤字等生态径流指标以及水文变异总体评价指标Do和DHRAM(Dundee Hydrological Regime Alteration Method)来描述黄河干流大中型水利工程对下游河道水文情势的改变程度,并根据多样性指标SI和IHA(Indicators of Hydrologic Alteration)的拟合关系,进一步分析水文变异的生态效应。研究表明:1)水文情势变异后,FDC整体下移,低于25%FDC流量部分大幅增加,产生生态赤字;2)从上游到下游,降水对各站生态径流指标的影响逐步减小,水库对生态径流指标的影响愈益增大;3)各生态径流指标与大部分IHA指标具有较好的相关关系,能够体现IHA参数的主要信息,可作为衡量黄河流域年和季节径流变化的生态径流指标;4)综合Do和DHRAM的评价结果,径流过程变异对各站生态风险的影响为:花园口、孙口和利津站为高风险,头道拐和兰州为中等风险,唐乃亥和龙门为低风险;各水文站SI值在20世纪80年代之后均出现下降趋势,其中花园口、孙口和利津3个站的下降幅度较大,生物多样性锐减。